焊接热塑性复合材料元件的设备和方法技术

用于焊接热塑性部件的设备（100）包括：用于定位待组合部件的一个模具（10），模具（10）包括限定其中待进行焊接的接合区的一个磁绝缘嵌件（12）；一个真空袋（11），限定气密空间和用于在密封体积中产生局部真空的手段；以及用于将一个磁性感应头（30）移动至接合区且不与真空袋（11）接触的构件。焊接方法包括以下连续步骤：定位至少一个第一部件（21）；然后将金属嵌件（23）定位于对应于待焊接的接合区的第一部件（21）的区域；和然后定位至少一个第二部件（22）。接着，真空袋（11）放置于覆盖部件的位置，且局部真空产生于由真空袋限定的体积中。移动磁性感应头（30）不接触地进行焊接，并维持局部真空。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术属于包含组合在一起的复合材料元件的结构的领域。更具体来说，本专利技术涉及一种用于组合由热塑性复合材料制成的元件的方法。在结构领域中，已知热塑性复合材料元件的生产。热塑性复合材料元件即矿物纤维或有机纤维保持在可逆的刚性基体中的元件，此可逆的刚性基体在高于其预期使用温度的一定温度条件下开始变成塑料。在这些元件的制造期间（特别是成型期间），热塑性得以利用。热塑性材料元件一经制成，一般通过如铆钉等添加式紧固件或通过粘结的传统方式组合。还已知，通过热塑性焊接技术形成由热塑性复合材料制成的元件的组合。在热塑性焊接中，将待组合的元件的温度升至高于树脂的熔点，并将这些元件置于组合的位置并在一段时间内施加压力，直到树脂冷却，以便在组合区得到力学的接合。因此，已知将各元件置于模具中以便加热这些元件，并在它们的接合区内在各元件间施加压力从而使它们接合。这些方法要求在焊接时精确地固定这些元件，并且加热时还会大量耗能。针对在高于热塑性树脂熔点的温度下加热材料，目前也有通过感应加热来提供热量。在感应加热中，产生交变磁场的磁头在待焊接的界面处生成涡电流（courantdeFoucault），金属网等金属元件置于交界面处感应生成的涡电流通过磁场汇集，进而根据焦耳效应产生热量。为了形成组合，一般是藉由提供热能的磁头的局部产生的压力，确保各元件间的紧密接触，并且磁头沿着焊接线方向移动。在这种热塑性焊接紧固方法中，需要在两个元件之间施加足够长时间的压力，由此影响了施加压力的磁头的移动速度及其焊接速度，从而难以发挥感应加热的全部优点。另外，使用置于待焊接元件交界面处的导电金属网具有温度不均匀的缺点，尤其是在焊接线的端部的温度不均匀，从而影响焊接质量，致使组合元件不合格。本专利技术涉及焊接由热塑性材料且相同性质的树脂制成的各元件的加工设备和方法，与现有方案相比，本专利技术提高了焊接的质量，且缩短了焊接的时间。热塑性焊接的设备，用于组合至少一个第一元件和至少一个第二元件，至少一个第一元件由热塑性复合材料制成，其基体基本上由热塑性树脂制成。至少一个第二元件由类型与第一元件的复合材料相似的热塑性复合材料制成，该热塑性焊接设备包括磁感应头，其提供能量以在焊接区将热塑性树脂加热至高于其熔点。该设备包括：-一个用于定位待组合元件的模具，其非磁性磁绝缘嵌件限定需要进行热塑性焊接的接合区；-一个真空袋，该真空袋和模具之间形成一个气密空间，并确定了用于在气密空间中产生局部真空的装置；-用于靠近接合区而不与真空袋接触地移动磁感应头的装置。因此，上述设备可同时确保将待焊接元件保持在适当位置上，确保焊接材料保持在适当位置上，焊接材料的温度在贫氧环境中升高，由此减少了被加热材料的氧化风险，将加压焊接区的功能和加热焊接区的功能分离，最终由于磁感应头不接触地移动而避免了在焊接中机械动作导致元件发生移动的风险。较好的方案是，磁绝缘嵌件包括至少一个腔体，其形状适合于将至少一个第一元件保持在适当位置上。因此，有利于第一元件的定位和保持，由此减少了温度上升期间第一元件变形的风险。较好的方案是，磁绝缘嵌件由可加工的非磁性高分子材料制成。因此，允许模具中形成的腔体具有复杂形状的同时，避免了来自磁场的干扰和磁感应头的热能损耗。在一个实施方式中，磁绝缘嵌件被固定在由非磁性金属材料制成的支撑件上。因此，可生产包括腔体的模具，腔体适用于特定的待组合元件，模具的磁绝缘嵌件可通过由如环氧树脂等相对低成本材料制成而容易地替换和/或调整。在一个实施方式中，垫片设置在磁绝缘嵌件上的接合区中，以便用于支撑第一元件的一些区域，这些区域的温度将被升高到其复合材料的基体树脂的熔点。因此，树脂的温度升高到熔点的元件与受保护的磁绝缘嵌件隔开，延长可使用寿命。本专利技术还涉及一种方法，其通过磁感应头熔融基体树脂，热塑性焊接由热塑性复合材料制成的至少一个第一元件和由热塑性复合材料制成的至少一个第二元件。为了获得本专利技术设备的预期益处，方法包括以下连续的步骤：-第一元件定位步骤，将至少一个第一元件定位于热塑性焊接工具（如本专利技术中所描述的工具）的模具的磁绝缘嵌件的腔体中，腔体具有适合于保持该至少一个第一元件的形状；-金属嵌件放置步骤，将金属嵌件放置于至少一个第一元件对应于待焊接接合区的表面上；-第二元件定位步骤，将至少一个第二元件定位于其在模具上的一个位置上，该位置为至少一个第二元件在待实现的组合中所应该具有的相对与至少一个第一元件的相对位置-真空袋放置步骤，放置真空袋，由真空袋和模具形成气密空间，至少一个第一元件和至少一个第二元件位于该气密空间中；-在气密空间中形成局部真空的步骤，在气密空间外的空气压力的作用下，至少一个第一元件对至少一个第二元件至少在接合区产生挤压力；-非接触式的磁感应头移动步骤，使磁感应头靠近整个接合区，以便在金属嵌件中产生感应电流，然后由焦耳效应产生热量，从而引起第一元件和第二元件的复合材料的基体树脂的局部熔融，同时保持气密空间中局部真空；-将焊接元件冷却至环境温度，或冷却到至少基本上低于元件的材料的树脂软化温度后，去除局部真空的步骤，从工具拆下真空袋的步骤，并取下焊接组合在一起的元件的步骤。在一个实施方式中，方法包括放置垫片步骤，将垫片放置在磁绝缘嵌件和第一元件之间的接合区内。在一个实施方式中，为了改进气密空间中局部真空的形成，提供针对放置插入到置于模具上的元件和真空袋之间的一个透气毡层的步骤，以确保抽吸模具和真空袋之间整个气密空间中的空气。有利的是，在放置金属嵌件之前，用与待形成组合的元件的复合材料的基体的热塑性树脂相容或性质相同的热塑性树脂将其浸渍。因此，通过熔融树脂改善了热传递，在焊接元件的界面处设有树脂，减少了树脂中形成气泡或空洞的风险。在本方法的一个增强实施方案中，为了改进焊接的均匀性和其端部焊接缝的质量：-沿着产生焊接缝的方向，在牺牲部定位步骤将牺牲部定位于腔体中至少一个第一元件的端部，该腔体为此目的形成于磁绝缘嵌件中；-在金属嵌件放置步骤，将金属嵌件放置于至少一个第一元件的表面上，其通过在牺牲部表面上的金属嵌件的端部的延伸部延伸；-在不粘膜安放步骤，不粘膜安放于延伸部和第一元件之间、延伸部和第二元件之间，第一元件和第二元件在工具中的适当位置与延伸部接触；-磁感应头的移动步骤用于为了产生焊接缝的，磁感应头移动延伸至超出焊接缝的有用长度的两端，从而使待焊接的元件的加热开始和结束于牺牲部。本专利技术的一个示例性实施方式的描述和附图将有助于更好地理解本专利技术的目的和优点。显而易见，以示例的方式给出描述并不具有任何限制性。在附图中：-图1a表示根据本专利技术的用于热塑性复合材料元件的热塑性焊接的工具的多个部件，该工具的多个部件和待组合的元件分开示出；-图1b表示与图1中示出的相同的部件，但这些部件位置接近它们在焊接操作过程中所处的位置；-图2表示对用图1a和图1b所示工具进行热塑性焊接的方法的流程概要图；-图3示出了沿着焊接缝的长度截面的工具的细节图，此工具用于实施提高焊接缝端部焊接质量的改进方法。图1a示意性显示了工具100的各个部件的剖面示意图，工具100根据本专利技术将各热塑性复合材料元件通过热塑性焊接组合在一起。为了便于说明，在图1a中各部件相互分开示出。图1b中显示了与图1a相同的部件，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
热塑性焊接的设备（100），用于组合至少一个第一元件（21）和至少一个第二元件（22），所述至少一个第一元件（21）由热塑性复合材料（21）制成，且其基体基本上由热塑性树脂形成，所述至少一个第二元件（22）由类型与所述第一元件的复合材料类似的热塑性复合材料制成，所述的设备包括一个磁感应磁头（30），其特征在于所述设备包括：‑一个用于定位待组合的元件的模具（10），其中一个非磁性的磁绝缘嵌件（12）限定了需要进行热塑性焊接的接合区（25）；‑一个真空袋（11），在该真空袋和所述模具（10）之间形成一个气密空间，并在该真空袋和所述模具（10）之间具有用于在所述气密空间中产生局部真空的装置；‑装置，该装置用于在靠近所述接合区（25）的位置移动所述磁感应头（30），并使所述磁感应头不与所述真空袋（11）接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.20 FR 14523031.热塑性焊接的设备（100），用于组合至少一个第一元件（21）和至少一个第二元件（22），所述至少一个第一元件（21）由热塑性复合材料（21）制成，且其基体基本上由热塑性树脂形成，所述至少一个第二元件（22）由类型与所述第一元件的复合材料类似的热塑性复合材料制成，所述的设备包括一个磁感应磁头（30），其特征在于所述设备包括：-一个用于定位待组合的元件的模具（10），其中一个非磁性的磁绝缘嵌件（12）限定了需要进行热塑性焊接的接合区（25）；-一个真空袋（11），在该真空袋和所述模具（10）之间形成一个气密空间，并在该真空袋和所述模具（10）之间具有用于在所述气密空间中产生局部真空的装置；-装置，该装置用于在靠近所述接合区（25）的位置移动所述磁感应头（30），并使所述磁感应头不与所述真空袋（11）接触。2.如权利要求1所述的设备，其中所述磁绝缘嵌件（12）包括至少一个腔体，其形状适合于将至少一个第一元件（21）保持在适当位置。3.如权利要求2所述的设备，其中所述磁绝缘嵌件（12）由可加工的、非磁性高分子材料制成。4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述磁绝缘嵌件（12）固定在一个支撑件（13）中，该支撑件由非磁性金属材料制成。5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述磁绝缘嵌件（12）的接合区（25）上设置有垫片（24），这些垫片用于支撑所述第一元件（21）的一些区域，这些区域的温度将被加热升高至所述第一元件的复合材料的基体树脂的熔点。6.一种方法（200），其用于热塑性焊接由热塑性复合材料制成的至少一个第一元件（21）和由热塑性复合材料制成的至少一个第二元件（22），所述热塑性焊接通过磁感应头（30）熔融至少一个第一元件的基体的树脂和至少一个第二元件的基体的树脂，其特征在于，所述方法包括以下连续的步骤：-第一元件定位步骤（210），将至少一个第一元件（21）定位于一个热塑性焊接工具（100）的模具（10）的磁绝缘嵌件（12）的腔体（17）中，所述腔体具有适合于保持所述至少一个第一元件的形状；-金属嵌件放置步骤（220），将金属嵌件（23）放置于所述至少一个第一元件（21）对应于待焊接的接合区（25）的表面上；-第二元件定位步骤（230），将至少一个第二元件（22）定位于其在所述模具（10）上的一个位置上，该位置为至少一个第二元件（22）在待实现的组合中所应该具有的相对与所述至少一个第一元件的相对位置；-真空袋放置步骤（240），放置一个真空袋（11），由...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·索卡尔，
申请(专利权)人：空中客车集团简化股份公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR