Termoplastisko oglekļa šķiedras kompozītmateriālu indukcijas metināšanas tehnoloģija joprojām ir sākuma stadijā.
Pasaules ekonomikas lejupslīde kopā ar iespējamām būtiskām izmaiņām starptautiskajā situācijā un pieprasījuma piesātinājumu pēc zemas klases oglekļa šķiedras kopumā nosaka globālā oglekļa šķiedras tirgus samazināšanos. Tomēr tas nav gala rezultāts. Vidējās un augstākās klases oglekļa šķiedru veiktspēja joprojām ir būtiska tādās nozarēs kā aviācija, medicīna un automobiļu ražošana. Turklāt no vides viedokļa termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītmateriālu pielietojuma perspektīvas ir diezgan daudzsološas. Termoplastisko oglekļa šķiedru var pārveidot vairākas reizes, un tās apstrādi var saprātīgi kontrolēt. Nākotnē lidmašīnu un kosmosa kuģu rūpnieciskās sastāvdaļas, iespējams, izmantos to kā pamatmateriālu.
Lai sasniegtu labāku termoplastisko oglekļa šķiedras komponentu veiktspēju, papildus ražošanai pēc pasūtījuma tiem vajadzētu būt arī pēc formēšanas apstrādājamības īpašībām, piemēram, metināšanai. Šis raksts iepazīstinās ar zināšanām, kas saistītas ar termoplastisko oglekļa šķiedras rūpniecisko komponentu metināšanu, īpaši pievēršoties indukcijas metināšanai.
Ievads piecās termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītmateriālu metināšanas metodēs
Atšķirībā no termoreaktīvajiem kompozītmateriāliem, termoplastiskie kompozītmateriāli pēc formēšanas joprojām var izkausēt. Termoplastisko oglekļa šķiedras detaļu savienošanu var panākt ar sekundāro kausēšanu un spiediena pielietošanu, ko var uzskatīt par metināšanas procesu. Pašlaik termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītmateriālu parasti izmantotās metināšanas metodes ietver karstās gāzes, pretestības, ultraskaņas, indukcijas un lāzera metināšanu. Katrai metināšanas metodei ir savas priekšrocības un trūkumi, un metodes izvēlei jābūt balstītai uz dažādiem scenārijiem un prasībām.
1. Karstā gāzes metināšana:
Apraksts: Karstās gāzes metināšana izmanto karstas gāzes (parasti slāpekļa) plūsmu, lai izkausētu un sakausētu termoplastiskos materiālus savienojuma vietā.
Process: Materiālu virsmu karsē ar karstu gāzi, un tiek pielikts spiediens, lai tos savienotu kopā.
Priekšrocības: Ir precīza temperatūras un spiediena kontrole, padarot to piemērotu dažādiem termoplastiskiem kompozītmateriāliem.
Apsvērumi: Jārūpējas, lai nepieļautu oglekļa šķiedras pārkaršanu un bojājumus.
2. Pretestības metināšana:
Apraksts: Pretestības metināšana ietver elektriskās strāvas novadīšanu caur materiāliem, radot siltumu savienojuma vietā.
Process: Divas sastāvdaļas tiek saspiestas kopā, un strāva plūst caur savienojumu, izraisot lokālu karsēšanu.
Priekšrocības: process ir ātrs, piemērots lielām konstrukcijām, un to var automatizēt.
Apsvērumi: Materiāliem jābūt ar pietiekamu vadītspēju, un pastāv lokālas pārkaršanas risks.
3.Ultraskaņas metināšana:
Apraksts: Ultraskaņas metināšana izmanto augstas frekvences vibrācijas, lai radītu siltumu savienojuma vietā, tādējādi izkausējot un sakausējot termoplastiskos materiālus.
Process: Interfeisam tiek piemērotas ultraskaņas vibrācijas, izraisot lokālu karsēšanu un savienošanu.
Priekšrocības: Apstrādes ātrums ir ātrs, tāpēc tas ir piemērots mazām un sarežģītām daļām, ar minimālu termisko ietekmi uz apkārtējām teritorijām.
Apsvērumi: Pareizi frekvences un amplitūdas iestatījumi ir ļoti svarīgi, un šī metode var nebūt piemērota visiem termoplastiskajiem kompozītmateriāliem.
4. Indukcijas metināšana:
Apraksts: Indukcijas metināšanā izmanto elektromagnētisko indukciju, lai uzsildītu termoplastiskos materiālus savienojuma vietā.
Process: Indukcijas spole inducē siltumu materiālos, radot lokālu kušanas zonu metināšanai.
Priekšrocības: Ir precīza apkures kontrole, padarot to piemērotu lielām konstrukcijām ar minimālu ietekmi uz apkārtējām teritorijām.
Apsvērumi: Materiāliem jābūt ar pietiekamu vadītspēju, un šī metode nav universāla.
5.Lāzermetināšana:
Apraksts: Lāzermetināšana izmanto ļoti fokusētu lāzera staru, lai uzsildītu un izkausētu materiālus savienojuma vietā, veidojot saiti tiem atdziestot.
Process: Lāzera stars tiek virzīts uz saskarni, ātri uzsildot termoplastisko materiālu. Pēc tam komponenti tiek saspiesti kopā, veidojot metinājumu, kad tas sacietē.
Priekšrocības: Lāzermetināšana nodrošina augstu precizitāti un siltuma ievades kontroli, salīdzinoši lielu metināšanas ātrumu un ir piemērota masveida ražošanai. Tas rada minimālas siltuma ietekmes zonas, saglabā materiāla īpašības un rada mazāku piesārņojuma risku.
Apsvērumi: Lāzermetināšanas laikā jāievēro piesardzība, lai aizsargātu oglekļa šķiedru no pārkaršanas, lai novērstu bojājumus.
Termoplastiskās oglekļa šķiedras nobriedusi indukcijas metināšanas tehnoloģija sniedz priekšrocības aviācijas un kosmosa nozarei
Indukcijas metināšanas tehnoloģija ir īpaši piemērota ar oglekļa šķiedru pastiprinātu termoplastisku kompozītmateriālu konstrukciju savienošanai. Tā kā oglekļa šķiedra ir vadoša un var radīt virpuļstrāvas, ja tiek pakļauta mainīgam magnētiskajam laukam, metinot ar oglekļa šķiedru pastiprinātus termoplastiskos kompozītmateriālus, nav nepieciešams ieviest papildu indukcijas materiālus.
Nobriest aviācijas un kosmosa termoplastisko kompozītmateriālu ražošanas tehnoloģijai un samazinoties ražošanas izmaksām, ievērojami pieaugs to pielietojums kosmosa ražošanā. Turklāt aviācijas un kosmosa komponentu sarežģītās struktūras dēļ vienkāršas detaļas ir jāsamontē vienā veselumā, izmantojot savienojuma tehnoloģijas. Tāpēc aviācijas un kosmosa termoplastisko kompozītmateriālu metināšanas tehnoloģiju izstrāde, tostarp indukcijas metināšana, ir kļuvusi par neatliekamu nepieciešamību progresīvā gaisa kuģu ražošanas pētniecībā, un tas paliks ilgtermiņa uzdevums.
Pašlaik termoplastiskās oglekļa šķiedras indukcijas metināšanas tehnoloģija saskaras ar tādiem izaicinājumiem kā zems brieduma līmenis un fakts, ka tā vēl nav iegājusi inženierijas prototipa un produkta praktiskā pielietojuma stadijā. Tomēr pētījumi par termoplastisko kompozītmateriālu indukcijas metināšanu civilajām lidmašīnām ārvalstīs joprojām ir sākuma stadijā, un dažādas galvenās tehnoloģijas gaida sasniegumus. Tehnoloģiskā plaisa starp valstīm nav īpaši izteikta. Tāpēc Ķīnai vajadzētu paātrināt izstrādes un pielietošanas centienus šajā jomā, lai samazinātu atšķirību no ārvalstu progresīviem materiāliem un gaisa kuģu ražošanas tehnoloģijām. Tikai patiesi apgūstot galvenās tehnoloģijas, mēs varam gūt labumu vietējai aviācijas un kosmosa nozarei.
Pētniecības progress par termoplastisko CF/PPS kompozītmateriālu indukcijas metināšanu Ķīnā
Dažas pētnieku grupas ir pētījušas metināšanas jaudas un laika ietekmi uz loka bīdes izturību (LSS), izmantojot punktmetināšanas pieeju. Viņi arī pētīja dažādu implantētu slāņu iespējamību CF / PPS termoplastisko kompozītmateriālu indukcijas metināšanai. Pētījumā atklājās, ka pārmērīga metināšanas jauda vai ilgāks metināšanas laiks var izraisīt paraugu pārkaršanu, izraisot ķīmiskas reakcijas, piemēram, šķērssavienojumu, oksidēšanos un sveķu matricas degradāciju, kas būtiski samazina metināto savienojumu mehāniskās īpašības un pat. kompozītu iekšējās īpašības.
1. Maksimālā laika dati CF/PPS kompozītmateriālu indukcijas metināšanai
Eksperimenta rezultāti liecina, ka, ja relatīvā jauda ir diapazonā no 400 līdz 800, starpslānim ir vislielākais temperatūras paaugstināšanās ātrums. Palielinoties relatīvajai jaudai, temperatūras paaugstināšanās ātrums kļūst ātrāks, un kūpināšanas laiks notiek agrāk. Kad metināšanas laiks pārsniedz noteiktu vērtību, paneļu vidū neizbēgami parādīsies dūmi. Smēķēšana galvenokārt ir saistīta ar sveķu noārdīšanos vai atlikušo mazo molekulu iztvaikošanu, kas var negatīvi ietekmēt metināšanas kvalitāti un abu paneļu savienošanas veiktspēju. Tāpēc ir nepieciešams izvairīties no šīs situācijas.
2. Metināšanas jaudas un laika ietekme uz bīdes izturību (LSS)
Indukcijas metināšana tika veikta diviem CF/PPS kompozītmateriāliem, izmantojot punktmetināšanas metodi, kam sekoja spiediena pielikšana ar veltņiem pēc karsēšanas. Tika pārbaudīta iegūtā loka bīdes izturība (LSS). Rezultāti liecina, ka indukcijas metināšanas procesā salīdzinoši īsā metināšanas laika dēļ sveķu aizplūšana nav spēcīga, ļaujot metinājuma virsmai saglabāt noteiktu daudzumu sveķu. Pie relatīvās jaudas 500 bīdes stiprības (LSS) vērtība sasniedz maksimumu pie sildīšanas laika 65 sekundēs, norādot, ka sildīšanas laiks nedrīkst būt ne pārāk īss, ne pārāk garš.
3. Implanta slāņa ietekme uz bīdes izturību (LSS)
Izmantojot divus CF/PPS kompozītmateriālus, kā arī CF/PPS prepreg, kam ir tādas pašas specifikācijas (tās pašas izejvielas, auduma forma, šķiedru tilpuma saturs utt.) kā kompozītmateriāliem, punktmetināšanai tika izmantots implanta slānis. Rezultāti liecina, ka implanta slāņa pievienošana kopumā izraisīja bīdes stiprības (LSS) samazināšanos, ko var attiecināt uz implanta slāni, kas ierobežo siltuma veidošanos un vadītspēju; tomēr maksimālais LSS joprojām sasniedza 24,8 MPa.
