Termoplastinio anglies pluošto kompozitų indukcinio suvirinimo technologija vis dar yra ankstyvosiose stadijose.
Pasaulinis ekonomikos nuosmukis, kartu su potencialiais reikšmingais tarptautinės padėties pokyčiais ir žemos klasės anglies pluošto paklausos prisotinimu, kartu lemia pasaulinės anglies pluošto rinkos susitraukimą. Tačiau tai nėra galutinis rezultatas. Vidutinės ir aukščiausios klasės anglies pluošto našumas išlieka labai svarbus tokioms pramonės šakoms kaip aviacija, medicina ir automobilių gamyba. Be to, aplinkosaugos požiūriu termoplastinių anglies pluošto kompozitų taikymo perspektyvos yra gana perspektyvios. Termoplastinis anglies pluoštas gali būti pertvarkytas kelis kartus, o jo apdorojimas gali būti protingai valdomas. Ateityje pramoniniai orlaivių ir erdvėlaivių komponentai greičiausiai tai naudos kaip pagrindinę medžiagą.
Norint pasiekti geresnį termoplastinio anglies pluošto komponentų našumą, be gamybos pagal užsakymą, jie taip pat turėtų turėti po formavimo apdirbamumo ypatybes, pvz., suvirinimą. Šiame straipsnyje bus pristatytos žinios, susijusios su termoplastinių anglies pluošto pramoninių komponentų suvirinimu, ypač daug dėmesio skiriant indukciniam suvirinimui.
Įvadas į penkis termoplastinių anglies pluošto kompozitų suvirinimo metodus
Skirtingai nuo termoreaktingų kompozitų, termoplastiniai kompozitai po formavimo vis tiek gali išsilydyti. Termoplastinių anglies pluošto dalių sujungimas gali būti pasiektas antriniu lydymu ir slėgiu, kuris gali būti laikomas suvirinimo procesu. Šiuo metu dažniausiai naudojami termoplastinių anglies pluošto kompozitų suvirinimo būdai yra karštų dujų, atsparumo, ultragarso, indukcinis ir lazerinis suvirinimas. Kiekvienas suvirinimo būdas turi savo privalumų ir trūkumų, o metodas turėtų būti pasirenkamas atsižvelgiant į skirtingus scenarijus ir reikalavimus.
1. Karštas suvirinimas dujomis:
Aprašymas: Suvirinant karštomis dujomis, naudojamas karštų dujų (dažniausiai azoto) srautas, kad ištirptų ir sulydytų termoplastines medžiagas jungties vietoje.
Procesas: Medžiagų paviršius šildomas karštomis dujomis ir jas sujungti taikomas slėgis.
Privalumai: Tiksliai kontroliuojama temperatūra ir slėgis, todėl tinka įvairiems termoplastiniams kompozitams.
Svarstymai: Reikia pasirūpinti, kad anglies pluoštas neperkaistų ir nepažeistų.
2. Suvirinimas su pasipriešinimu:
Aprašymas: Suvirinant priešpriešinį suvirinimą per medžiagas praleidžiama elektros srovė, o jungties vietoje generuojama šiluma.
Procesas: Du komponentai suspaudžiami kartu, o srovė teka per jungtį, sukeldama vietinį šildymą.
Privalumai: Procesas greitas, tinka didelėms konstrukcijoms ir gali būti automatizuotas.
Svarstymai: Medžiagos turi turėti pakankamą laidumą ir yra vietinio perkaitimo pavojus.
3.Suvirinimas ultragarsu:
Aprašymas: Ultragarsinis suvirinimas naudoja aukšto dažnio virpesius, kad sujungimo vietoje generuotų šilumą, taip išlydant ir sulydant termoplastines medžiagas.
Procesas: Sąsaja veikia ultragarso virpesius, kurie sukelia vietinį kaitinimą ir sukibimą.
Privalumai: Apdorojimo greitis yra greitas, todėl tinka mažoms ir sudėtingoms dalims, turinčioms minimalų šiluminį poveikį aplinkinėms vietoms.
Svarstymai: Tinkami dažnio ir amplitudės nustatymai yra labai svarbūs, todėl šis metodas gali netikti visiems termoplastiniams kompozitams.
4.Indukcinis suvirinimas:
Aprašymas: Indukcinis suvirinimas naudoja elektromagnetinę indukciją termoplastinėms medžiagoms jungties šildymui.
Procesas: Indukcinė ritė sukelia šilumą medžiagose, sukurdama vietinę lydymosi zoną suvirinimui.
Privalumai: Tiksliai valdomas šildymas, todėl tinka didelėms konstrukcijoms, turinčioms minimalų poveikį aplinkinėms zonoms.
Svarstymai: Medžiagos turi turėti pakankamą laidumą ir šis metodas nėra universalus.
5.Lazerinis suvirinimas:
Aprašymas: Suvirinant lazeriu, naudojamas labai sufokusuotas lazerio spindulys, kuris kaitina ir išlydo medžiagas jungties vietoje, o joms vėsstant susidaro jungtis.
Procesas: lazerio spindulys nukreipiamas į sąsają, greitai kaitinant termoplastinę medžiagą. Tada komponentai suspaudžiami kartu, suformuojant suvirinimo siūlę, kai ji kietėja.
Privalumai: Suvirinimas lazeriu užtikrina aukštą tikslumą ir šilumos įvesties kontrolę, gana greitą suvirinimo greitį ir yra tinkamas masinei gamybai. Tai sukuria minimalias karščio paveiktas zonas, išsaugo medžiagų savybes ir kelia mažesnę užteršimo riziką.
Svarstymai: Suvirinimo lazeriu metu reikia pasirūpinti, kad anglies pluoštas būtų apsaugotas nuo perkaitimo, kad nebūtų pažeistas.
Brandi indukcinio suvirinimo technologija termoplastiniam anglies pluoštui naudinga aviacijos ir kosmoso pramonei
Indukcinio suvirinimo technologija ypač tinka anglies pluoštu sustiprintų termoplastinių kompozitinių konstrukcijų sujungimui. Kadangi anglies pluoštas yra laidus ir gali generuoti sūkurines sroves, kai yra veikiamas kintamo magnetinio lauko, suvirinant anglies pluoštu sustiprintus termoplastinius kompozitus nereikia naudoti papildomų indukcinių medžiagų.
Brendus aerokosminių termoplastinių kompozitų gamybos technologijai ir mažėjant gamybos sąnaudoms, jų taikymas aviacijos ir kosmoso gamyboje gerokai padidės. Be to, dėl sudėtingos aviacijos ir kosmoso komponentų struktūros reikia surinkti paprastas dalis į visumą taikant sujungimo technologijas. Todėl aerokosminių termoplastinių kompozitų, įskaitant indukcinį suvirinimą, suvirinimo technologijų kūrimas tapo neatidėliotinu pažangių orlaivių gamybos tyrimų poreikiu ir išliks ilgalaike užduotimi ateityje.
Šiuo metu termoplastinio anglies pluošto indukcinio suvirinimo technologija susiduria su tokiais iššūkiais kaip maža branda ir tai, kad ji dar nepasiekė inžinerinio prototipo ir praktinio gaminio taikymo etapų. Tačiau civiliniams orlaiviams skirtų termoplastinių kompozitų indukcinio suvirinimo tyrimai užsienyje dar tik pradedami, o įvairios pagrindinės technologijos laukia laimėjimų. Technologinis atotrūkis tarp šalių nėra labai ryškus. Todėl Kinija turėtų paspartinti kūrimo ir taikymo pastangas šioje srityje, kad sutrumpėtų atotrūkis nuo užsienio pažangių medžiagų ir orlaivių gamybos technologijų. Tik iš tikrųjų įvaldę pagrindines technologijas galime būti naudingi vietinei aviacijos ir kosmoso pramonei.
Termoplastinių CF/PPS kompozitų indukcinio suvirinimo tyrimų pažanga Kinijoje
Kai kurios tyrimų grupės ištyrė suvirinimo galios ir laiko poveikį juosmens šlyties stiprumui (LSS), naudodamos taškinio suvirinimo metodą. Jie taip pat ištyrė skirtingų implantuotų sluoksnių tinkamumą CF / PPS termoplastinių kompozitų indukciniam suvirinimui. Tyrimo metu nustatyta, kad dėl per didelės suvirinimo galios arba ilgesnio suvirinimo laiko mėginiai gali perkaisti, o tai gali sukelti cheminių reakcijų, tokių kaip kryžminis susiejimas, oksidacija ir dervos matricos irimas, o tai žymiai sumažina suvirintų jungčių mechanines savybes ir net. vidines kompozitų savybes.
1. Didžiausio laiko duomenys CF/PPS kompozitų indukciniam suvirinimui
Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad kai santykinė galia yra nuo 400 iki 800, tarpinis sluoksnis pasižymi didžiausiu temperatūros kilimo greičiu. Didėjant santykinei galiai, temperatūros kilimo greitis tampa greitesnis, o rūkymo laikas atsiranda anksčiau. Kai suvirinimo laikas viršija tam tikrą vertę, plokščių viduryje neišvengiamai atsiras rūkymas. Rūkymas pirmiausia atsiranda dėl dervos skilimo arba likusių mažų molekulių lakavimo, kurie abu gali neigiamai paveikti suvirinimo kokybę ir sukibimą tarp dviejų plokščių. Todėl būtina vengti šios situacijos.
2. Suvirinimo galios ir laiko įtaka šlyties stiprumui (LSS)
Dviejų CF/PPS kompozitinių medžiagų indukcinis suvirinimas buvo atliktas taškinio suvirinimo metodu, po to po kaitinimo buvo taikomas slėgis voleliais. Gautas šlyties stiprumas (LSS) buvo išbandytas. Rezultatai rodo, kad indukcinio suvirinimo proceso metu dėl santykinai trumpo suvirinimo laiko dervos nutekėjimas nėra stiprus, todėl suvirinimo paviršius gali išlaikyti tam tikrą dervos kiekį. Esant santykinei galiai 500, šlyties stiprio (LSS) vertė pasiekia didžiausią kaitinimo laiką 65 sekundes, o tai rodo, kad šildymo laikas neturėtų būti nei per trumpas, nei per ilgas.
3. Implanto sluoksnio poveikis šlyties stiprumui (LSS)
Naudojant dvi CF/PPS kompozitines medžiagas kartu su CF/PPS prepregu, kurio specifikacijos (tos pačios žaliavos, audinio forma, pluošto tūris ir kt.) kaip ir kompozitai, taškiniam suvirinimui buvo naudojamas implanto sluoksnis. Rezultatai rodo, kad implanto sluoksnio pridėjimas paprastai sumažino šlyties stiprumą (LSS), kuris gali būti siejamas su implanto sluoksniu, ribojančiu šilumos susidarymą ir laidumą; tačiau maksimali LSS vis tiek siekė 24,8 MPa.
