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熱塑性複合材料超聲波焊接技術
由於熱塑性複合材料被越來越多地應用於航空、風力發電以及各種交通運輸等工業領域，具有高效率的熱塑性複合材料焊接技術也得越來越受到重視。超聲波焊接技術是多種焊接熱塑性複合材料技術的其中一種。它具有極快的生產效率、極短的周期時間以及容易進行自動化生產和控製的特點。
焊接技術在傳統金屬和高分子材料領域已經應用了很長時間，然而熱塑性複合材料的焊接技術卻是一個新興的領域。如今多種傳統的連接技術得到了進一步的改進，使其適用於複合材料的連接，而焊接技術是眾多連接技術的一種。圖1顯示了各種纖維增強與非增強熱塑性高分子材料的焊接技術。
熱塑性複合材料由於具有更好的韌性以及具有可回收再造的特點，在許多工業和商業領域已經開始逐漸代替傳統的金屬材料和熱固性複合材料。隨著熱塑性複合材料得到更廣泛的應用，對熱塑性複合材料結構連接的研究得到了發展。相比於傳統的複合材料膠接工藝，焊接技術是一項非常快速和短周期的連接技術。因此，該技術已應用於波音新一代客機機翼前緣筋與蒙皮的連接。由此可見，熱塑性複合材料的焊接技術具有良好的發展前景。在焊接的過程中，界麵上的高分子被加熱到熔融的狀態；在不同界麵上的高分子鏈隨著鏈段的擴散而混合纏繞；隨著溫度的降低，熔融的高分子冷卻固化，本身的界麵消失而成為一個整體。
超聲焊接熱塑性複合材料的機理
超聲焊接熱塑性複合材料機理總結為以下4個階段，如圖所示 。
1） 在焊接過程中，超聲振動垂直於連接部位的表麵。放置於連接部件之間的額外的能量導向薄膜在壓力的作用下與連接部件的表麵接觸。此時，熱量的產生達到最大值，能量導向薄膜在焊接過程的階段1中熔化並在界麵中流動，從而使得兩個連接部件之間的距離減小，這個位移迅速增加直到熔化的能量導向薄膜接觸並鋪滿連接表麵。此時能量導向薄膜的熔化速率降低。
2）在第二階段裏，被連接的兩個部件表麵相接觸，熔化速率再次提升。高分子鏈間摩擦導致連接部件表麵熔化，熱量從能量導向薄膜傳遞到熱塑性複合材料上。
3）穩定狀態的熔化過程在第三階段進行。熔化的能量導向薄膜在被連接的複合材料表麵流動並浸潤連接表麵，形成一個厚度一致的熔化層，進而形成一個完整的連接，同時伴隨著一個穩定的溫度分布。
4）高分子鏈間擴散和纏繞在連接部件的界麵間進行。經過一定時間，或達到一定的能量級別或一定的位移量，第四階段開始。壓力仍然保持在連接部件上，從而使多餘的熔化高分子從界麵中被擠出，分子鍵形成，最後焊接處冷卻，形成一個整體。
由於熱塑性複合材料被越來越多地應用於航空、風力發電以及各種交通運輸等工業領域，具有高效率的熱塑性複合材料焊接技術也得越來越受到重視。超聲焊接技術是多種焊接熱塑性複合材料技術的其中一種。它具有極快的生產效率、極短的周期時間以及容易進行自動化生產和控製的特點。它利用超聲振動在被焊接部位產生熱能，從而熔化連接部位的界麵，在固化後使得兩部位連接在一起。超聲焊接工藝主要由4個參數控製，分別為超聲振幅、焊接時間、焊接壓力，以及固化時間和保壓時間。由於材料本身對焊接部件的性能具有比較大的影響，同時各工藝參數又會相互影響，因此對特定的熱塑性複合材料，其最佳焊接工藝參數還需要進一步驗證。
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