一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法，具体步骤如下：填充金属网的热塑性材料搭接结构焊接材料和感应元件的选用；填充金属网的热塑性材料搭接接头设计及焊前准备；感应线圈的选择；填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接参数确定。本发明专利技术通过合理采用电磁感应焊接技术，设计填充金属网的搭接结构，完成了热塑性材料的焊接。

An induction welding method for the overlapped structure of thermoplastic materials filled with metal mesh

【技术实现步骤摘要】
一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法
本专利技术属于热塑性材料焊接
，尤其指代一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法。
技术介绍
热塑性材料具有优良的塑性成型性、耐化学腐蚀性，能够弥补传统的金属材料加工工艺复杂、整体质量大、易腐蚀损坏等缺点，被广泛地应用在了飞机的承力构件中，如肋板、框架、襟翼等，实现了轻量化的设计目标。随着热塑性材料广泛应用于航空航天领域，热塑性材料之间的连接问题也日益显著。若能解决热塑性材料之间的连接问题，实现核心结构件与普通结构件之间的材料转化，则能保证成本利用率最大化。目前，机械铆接和胶黏剂胶接技术被广泛地应用于热塑性材料之间的连接。机械铆接主要用于金属材料和复合材料之间的连接，该技术质量稳定性高、工艺成熟度高、操作简便性好，但会使组件的重量显著增加，难以满足轻量化的生产目标。除此以外，还易在铆接处产生应力集中而导致结构的破坏。而胶接技术工序复杂、生产周期长、接头连接性能较差，在实际生产和服役中难以满足具体要求。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法，解决了现有热塑性材料连接技术接头性能较差、工序复杂、周期长、成本高、难以满足轻量化生产目标等问题，本专利技术的方法可在极大提高生产效率的同时得到高质量热塑性材料搭接接头。为达到上述目的，本专利技术的一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法，包括如下步骤：焊接材料和感应元件的选用：选择的热塑性材料尺寸为100mm×25mm；感应元件选择金属网，尺寸为12.5mm×25mm；填充金属网的搭接接头设计及焊前准备：将两块热塑性材料薄板之间夹置一层金属网形成单搭接接头，焊接区域长度为12.5mm，宽度为25mm；感应焊接过程中输入电源电压为380V三相电压，输出震荡频率为198kHz，保持冷却水温小于35℃，冷却水压为0.2MPa，冷却水流速61/min；焊前用丙酮擦拭热塑性材料薄板和金属网，以去除去表面油污，再将金属网浸入酸液中两分钟左右，除去氧化膜，再使用自来水冲洗，最后对热塑性材料薄板和金属网进行干燥处理；感应线圈的选择：根据所设计的单搭接接头，选择薄煎饼式感应线圈；感应焊接参数确定：焊接电流为1.0-6.0A，焊机功率为0.658-3.949kW，保压时间为3s；优选地，金属网选择丝径为0.35mm的镀锌Q235钢网，钢网的化学成分的重量百分比为：碳0.14％-0.22％、锰0.30％-0.65％、硅≤0.30％、磷≤0.45％、硫≤0.050％、其余为铁。本专利技术的有益效果：本专利技术通过合理采用电磁感应焊接技术，实现了热塑性材料薄板搭接结构的焊接；利用金属网作为感应元件，夹置在两块热塑性材料之间形成单搭接接头；焊缝成型良好，接头各部分紧密结合；接头拉伸强度较高，力学性能优越；适当增大焊机功率或者延长保压时间，可以获得结合更为紧密的金属网与热塑性材料焊接接头。本专利技术还克服了热塑性材料传统机械铆接技术带来的热塑性材料之间易产生相对位移、疲劳性能较差、组件重量增大；传统胶接技术带来的接头结合不良、生产周期长、生产效率低、力学性能较差等问题，为改善热塑性材料连接接头形貌、提高接头力学性能和疲劳性能等提高了工艺保障。附图说明图1为本专利技术实施案例1中填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接试样的连接接头形貌图；图1中编号表示：11-第一PEEK区；12-第一金属区；图2为本专利技术实施案例2中填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接试样的连接接头形貌图；图2中编号表示：21-第二PEEK区；22-第二金属区。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。本专利技术的一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法，包括如下步骤：焊接材料和感应元件的选用：选择的热塑性材料为尺寸为100mm×25mm；感应元件选择金属网，尺寸为12.5mm×25mm；聚醚醚酮是芳香族结晶型热塑性高分子材料，熔点为334℃，具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照等优良性能；金属网凭借其网状结构，可以产生闭合回路，被感应加热时可以产生焦耳热，同时重量远低于金属板材，减少了热塑性材料搭接接头的额外负重；金属网选择丝径为0.35mm的镀锌Q235钢网，钢网的化学成分的重量百分比为：碳0.14％-0.22％、锰0.30％-0.65％、硅≤0.30％、磷≤0.45％、硫≤0.050％、其余为铁；锌的熔点较低，焊接过程中金属网表面镀锌层易熔化，和热塑性材料混合，增强界面性能。焊接设备的选用：选择CGP-30kw超高频感应焊机。填充金属网的搭接接头设计及焊前准备：将两块热塑性材料薄板之间夹置一层金属网形成单搭接接头，焊接区域长度为12.5mm，宽度为25mm，金属网和焊接区域的大小、形状一致，可保证焊接接头组织和性能的均匀性；感应焊接过程中输入电源电压为380V三相电压，输出震荡频率为198kHz，保持冷却水温小于35℃，冷却水压为0.2MPa，冷却水流速61/min，外部施加压力为15N；焊前用丙酮擦拭热塑性材料薄板和金属网，以除去表面油污，再将金属网浸入酸液中两分钟左右，除去氧化膜，再使用自来水冲洗，最后对热塑性材料薄板和金属网进行干燥处理。感应线圈的选择：根据所设计的单搭接接头，选择薄煎饼式应感线圈，在焊接过程中可以获得较均匀、分布较广的交变磁场，使平板结构的焊接接头产生较均匀的感应电流，保证焊接接头组织和性能的均匀性。感应焊接参数确定：焊接电流为1.0-6.0A，焊机功率为0.658-3.949kW，保压时间为3s。下面通过两个实施例来具体说明：实施例1热塑性材料选择聚醚醚酮(PEEK)，尺寸为100mm×25mm×0.4mm；金属网选择镀锌Q235钢，尺寸为12.5mm×25mm；焊接区域尺寸为12.5mm×25mm；输入电源电压为380V三相电压，输出震荡频率为198kHz，保持冷却水温小于35℃，冷却水压为0.2MPa，冷却水流速61/min，外部施加压力为15N；感应焊接设备为CGP-30kw超高频感应焊机；焊前用丙酮擦拭热塑性PEEK薄板和金属网，以去除去表面油污，再将金属网浸入酸液中两分钟左右，除去氧化膜，再使用自来水冲洗，而后对热塑性材料薄板和金属网进行干燥处理；选择薄煎饼式应感线圈；感应焊接参数设定为焊接电流1.0A，焊机功率0.658kW，保压时间3s；热塑性材料搭接结构焊后接头形貌如图所示，金属和PEEK、PEEK和PEEK之间紧密结合，不存在未熔合现象；排除制样过程中机械切割造成的影响，接头处PEEK部分存在较少的孔隙，金属部分基本不存在气孔；接头力学性能优越，拉伸强度可高达母材的75％。实施例2热塑性材料选择聚醚醚酮(PEEK)，尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：/n焊接材料和感应元件的选用：选择的热塑性材料尺寸为100mm×25mm；感应元件选择金属网，尺寸为12.5mm×25mm。/n填充金属网的搭接接头设计及焊前准备：将两块热塑性材料薄板之间夹置一层金属网形成单搭接接头，焊接区域长度为12.5mm，宽度为25mm；感应焊接过程中输入电源电压为380V三相电压，输出震荡频率为198kHz，保持冷却水水温低于35℃，冷却水压为0.2MPa，冷却水流速61/min，外部施压为15N；焊前用丙酮清洗热塑性材料薄板和金属网，以除去表面油污，将金属网浸入酸液中两分钟左右，除去氧化膜，再使用自来水冲洗，最后对热塑性材料薄板和金属网进行干燥处理。/n感应线圈的选择：根据所设计的单搭接接头，选择薄煎饼式感应线圈。/n感应焊接参数确定：焊接电流为1.0-6.0A，焊机功率为0.658-3.949kW，保压时间为3s。/n

【技术特征摘要】
1.一种填充金属网的热塑性材料搭接结构感应焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
焊接材料和感应元件的选用：选择的热塑性材料尺寸为100mm×25mm；感应元件选择金属网，尺寸为12.5mm×25mm。
填充金属网的搭接接头设计及焊前准备：将两块热塑性材料薄板之间夹置一层金属网形成单搭接接头，焊接区域长度为12.5mm，宽度为25mm；感应焊接过程中输入电源电压为380V三相电压，输出震荡频率为198kHz，保持冷却水水温低于35℃，冷却水压为0.2MPa，冷却水流速61/min，外部施压为15N；焊前用丙酮清洗热塑性材料薄板和金属网，以除去表面油污，将金...

【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，马婉萍，杨红艳，王飞云，卜珩倡，李云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32