热塑性复材T型加筋壁板的超声波焊接方法与流程

本发明涉及一种热塑性复合材料连接工艺与装备制造，尤其涉及一种热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法。

背景技术：

1、热塑性碳纤维复合材料具有可二次熔融焊接、韧性好、可回收等优势，广泛应用于大型承力壁板结构，t 型加筋壁板是典型承载结构件，其筋条与壁板的连接质量直接决定整体力学性能。当前 t 型加筋壁板主流连接方式分为胶接、电阻焊、传统超声波焊接三类，其均存在一定的缺陷:

2、1.胶接工艺：粘接剂固化周期长、耐湿热性能差，接头易分层脱粘，服役可靠性低。

3、2.电阻焊接：需预埋金属导电层，增加结构重量，导电异物会降低复合材料耐腐蚀、疲劳性能。

4、3.常规单道次超声波焊接：仅从壁板单侧一次性焊接。对于t型筋底部、圆角位置，其刚度大，超声波振动传递受阻，界面摩擦产热效率极低，焊接界面大面积未焊合，接头拉拔强度不足，内部残余应力集中，长期使用易出现分层开裂，无法满足主承力构件的强度指标。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其能实现对t 型筋底部圆角区域以及左、右边缘条接触面充分熔融结合，消除未焊合缺陷，大幅提升壁板的强度。

2、为了实现上述目的，本发明提供的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，包括以下步骤：

3、步骤一，将热塑性复合材料t型加强筋与热塑性复合材料壁板相互抵接、定位；

4、步骤二，在所述热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的接触面之间设置导能筋；

5、步骤三，在所述热塑性复合材料壁板的一侧，对所述热塑性复合材料t型加强筋的底部及圆角区域进行超声波焊接；

6、步骤四，在所述热塑性复合材料t型加强筋的一侧，对所述热塑性复合材料t型加强筋的其中一边缘条区域进行超声波焊接；

7、步骤五，在所述热塑性复合材料t型加强筋的一侧，对所述热塑性复合材料t型加强筋的另一边缘条区域进行超声波焊接。

8、与现有技术相比，本发明通过在热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的接触面之间设置导能筋，同时采用底部圆角、左边缘条、右边缘条三道次分区焊接，分别从壁板侧、筋条两侧边缘条施加超声振动，解决 t型加强筋圆角刚度大、振动传递困难的问题，使整个焊接界面摩擦产热均匀，从而使得t 型筋底部圆角区域以及左、右边缘条接触面充分熔融结合，减少t型加强筋底部及圆角区域界面内部应力和未焊合的缺陷，提高焊接质量的一致性，从而提高焊接质量的稳定性，且大幅提升壁板的强度。

9、较佳地，在步骤一中采用红外定位系统对所述热塑性复合材料t型加强筋及所述热塑性复合材料壁板定位。

10、较佳地，所述热塑性复合材料为碳纤维增强 peek、pekk、pps 或 pa 基体复合材料；所述导能筋为对应的基体树脂薄膜，厚度为100μm～300μm。

11、较佳地，根据预定位置，采用液压夹持工装分别对所述热塑性复合材料t型加强筋远离所述热塑性复合材料壁板的一端以及所述热塑性复合材料壁板的相对两端进行固定。

12、较佳地，步骤三包括以下步骤：选择与所述热塑性复合材料t型加强筋的底部及圆角区域等宽的超声波焊头；启动超声波焊接，对所述热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的抵接面施加压力，并对所述热塑性复合材料t型加强筋的底部及圆角区域的抵接面进行超声振动，使所述导能筋的对应位置熔融结合形成焊接接头；对焊接后的工件自然冷却。

13、较佳地，步骤四包括以下步骤：选择与所述热塑性复合材料t型加强筋的所述其中一边缘条区域等宽的超声波焊头；启动超声波焊接，对所述热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的抵接面施加压力，并对所述热塑性复合材料t型加强筋的所述其中一边缘条区域的抵接面进行超声振动，使所述导能筋的对应位置熔融结合形成焊接接头；对焊接后的工件自然冷却。

14、具体地，在焊接前还包括如下步骤：撤去所述热塑性复合材料t型加强筋远离所述热塑性复合材料壁板的一端的固定；对所述热塑性复合材料t型加强筋的所述另一边缘条区域施加压块工装，保证该边缘条区域在焊接过程中的固定与位置精度。

15、较佳地，步骤五包括以下步骤：选择与所述热塑性复合材料t型加强筋的所述另一边缘条区域等宽的超声波焊头；启动超声波焊接，对所述热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的抵接面施加压力，并对所述热塑性复合材料t型加强筋的所述另一边缘条区域的抵接面进行超声振动，使所述导能筋的对应位置熔融结合形成焊接接头；对焊接后的工件自然冷却。

16、具体地，在焊接前还包括如下步骤：对所述热塑性复合材料t型加强筋的所述其中一边缘条区域施加压块工装，保证该边缘条区域在焊接过程中的固定与位置精度。

17、具体地，所述热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的抵接面施加的压强为10-30 mpa；超声频率为10-30 khz；焊接速度为10-20 mm/s。

1.一种热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于：在步骤一中采用红外定位系统对所述热塑性复合材料t型加强筋及所述热塑性复合材料壁板定位。

3.根据权利要求1所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于：所述热塑性复合材料为碳纤维增强 peek、pekk、pps 或 pa 基体复合材料；所述导能筋为对应的基体树脂薄膜，厚度为100μm～300μm。

4.根据权利要求1所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于：根据预定位置，采用液压夹持工装分别对所述热塑性复合材料t型加强筋远离所述热塑性复合材料壁板的一端以及所述热塑性复合材料壁板的相对两端进行固定。

5.根据权利要求1所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于，步骤四包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于，在焊接前还包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于，步骤五包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于，在焊接前还包括如下步骤：对所述热塑性复合材料t型加强筋的所述其中一边缘条区域施加压块工装，保证该边缘条区域在焊接过程中的固定与位置精度。

10.根据权利要求5-8任一项所述的热塑性复材t型加筋壁板的超声波焊接方法，其特征在于：所述热塑性复合材料t型加强筋与所述热塑性复合材料壁板的抵接面施加的压强为10-30 mpa；超声频率为10-30 khz；焊接速度为10-20 mm/s。