使用感应热梯度进行热塑性焊接的系统和方法技术方案

一种用于热塑性复合焊接的系统和方法，其包括冷却装置和热源。冷却装置使热侧层压材料冷却，从而在热侧层压材料中产生热梯度。热源在冷却步骤开始之后但在热梯度消散之前对热侧层压材料进行加热，从而使热侧层压材料的第二侧和相对层压材料的第一侧焊接在一起时，热侧层压材料的第一侧不会变形。侧层压材料的第一侧不会变形。侧层压材料的第一侧不会变形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用感应热梯度进行热塑性焊接的系统和方法

技术介绍

[0001]热塑性复合层压材料通常通过位于其中一个层压材料的非接合表面附近的热源在相邻接合(faying)表面处焊接在一起。热源通常具有相对于距离变量(profile)的逆热强度，会导致非接合表面不期望的熔化或变形。
[0002]焊接期间，可在热源和层压材料之间放置由电绝缘和导热材料制成的散热器，以防止热源附近熔化，但此类材料少见、昂贵和/或难以进行加工。此外，散热器会增加所需热量和/或使焊接过程变慢。焊接期间，已使用冷流体从层压材料吸取热量，但该技术通常无效，因为真空袋、压脚和其他用于在焊接期间施加压力的装置会使冷流体的有效传热系数降低到低于可接受的值，因此，在热源附近的层压材料中产生的热梯度不足以防止层压材料非接合表面熔化或变形。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一些实施方式解决了上述问题和其它问题，并且在热塑性复合焊接(thermoplastic composite welding)领域中提供了显著进步。更具体地说，本专利技术的一些实施方式提供了一种将热塑性复合层压材料焊接在一起的系统和方法，其中，在层压材料中建立了所需的焊前热梯度。
[0004]本专利技术的第一实施方式是一种热塑性复合焊接系统，用于将热侧层压材料和相对层压材料焊接在一起。热塑性复合焊接系统大致包括笛形管(piccolo tube)、散热器(heat sink)和焊接承座(welding shoe)。
[0005]笛形管包括多个开口，用于将冷却的流体分散到散热器(因而分散到热侧层压材料)。或者，可以使用其他冷却方式，例如冷流体浸没、冷流体对流射流或冷流体喷雾。
[0006]散热器从热侧层压材料吸取热量以使得热侧层压材料冷却，并且可以由铜、铝或任何其他合适的导热材料形成。散热器还可以包括通量(flux)控制器材料(磁性复合材料)，用于在加热期间帮助控制磁场。散热器和笛形管可以组合成单个装置，并且也可以是单独的部件。
[0007]焊接承座包括感应线圈和弹性压力垫，用于将层压材料焊接在一起。焊接承座还可以包括框架或其它结构构件。
[0008]感应线圈包括左右臂和磁感应区域。左右臂延伸至电源，用于使电流通过磁感应区域。磁感应区域位于焊接承座底端附近，用于在层压材料中产生磁场。
[0009]弹性压力垫位于感应线圈磁感应区域下方的焊接承座底部附近。弹性压力垫促进层压材料之间的接触。具体而言，弹性压力垫可促进对纹理化或波状表面的依从性。
[0010]本专利技术的第二实施方式是通过上述焊接系统对两个层压材料进行热塑性焊接的方法。首先，在预冷却阶段，笛形管和散热器使热侧层压材料冷却，以在其中产生热梯度。例如，冷流体可通过笛形管并分散到邻近热侧层压材料的散热器。散热器继而吸收来自热侧层压材料的热量。或者，热侧层压材料的第一侧可浸入冷流体中，引入至对流冷却喷嘴，或用冷流体喷洒。因此，热侧层压材料的第一侧可以过冷(super cool)或接近过冷，而热侧层
压材料的第二侧相对温暖。
[0011]然后，在加热阶段期间，通过焊接承座的弹性压力垫向热侧层压材料和/或相对层压材料施加压力。这提供了对热侧层压材料第二侧和相对层压材料第一侧的纹理或轮廓(contours)的依从性。
[0012]然后，在加热阶段中，通过焊接承座对热侧层压材料进行加热，以将热侧层压材料第二侧和相对层压材料第一侧(即，接合表面)焊接在一起。可以使用磁感应、微波、辐照或任何其他合适的加热机制。由于在预冷却阶段期间诱导的热梯度，热侧层压材料第一侧的温度在焊接期间保持低于玻璃温度。
[0013]上述系统和方法以及其他实施方式将两个层压材料高效焊接在一起，而不会使层压材料的其它部分熔化、变形或降解。尤其是，靠近热源的一个层压材料的表面在焊接前进行冷却，以使其温度在焊接期间保持低于玻璃温度。
[0014]本专利技术的第三实施方式是将两个层压材料热塑性焊接在一起的另一方法。首先，对焊接承座的弹性压力垫进行冷却。例如，可将弹性压力垫引入干冰、液氮、制冷循环等。
[0015]然后，在预冷却阶段中，通过弹性压力垫对热侧层压材料进行冷却，以在其中形成热梯度。因此，热侧层压材料的第一侧可以过冷或接近过冷，而热侧层压材料的第二侧相对温暖。还通过弹性压力垫向热侧层压材料和/或相对层压材料施加压力。
[0016]然后，在加热阶段中，通过焊接系统对热侧层压材料进行加热，以将热侧层压材料第二侧和相对层压材料第一侧焊接在一起。由于在预冷却阶段期间诱导的热梯度，热侧层压材料第一侧的温度在焊接期间保持低于玻璃温度。
[0017]本专利技术的第四实施方式是将两个层压材料热塑性焊接在一起的另一方法。首先，对焊接承座的热电容进行冷却。例如，可将弹性热容器引入干冰、液氮、制冷循环等。
[0018]然后，在预冷却阶段中，对热侧层压材料进行冷却，以在其中形成热梯度。因此，热侧层压材料的第一侧可以过冷或接近过冷，而热侧层压材料的第二侧相对温暖。
[0019]然后，在加热阶段中，通过焊接系统对热侧层压材料进行加热，以将热侧层压材料第二侧和相对层压材料第一侧焊接在一起。由于在预冷却阶段期间诱导的热梯度，热侧层压材料第一侧的温度在焊接期间保持低于玻璃温度。
[0020]提供本
技术实现思路
以简要介绍一系列构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本概述并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
[0021]本专利技术的其他方面和优势将从下文各实施方式的详细描述和附图中显而易见。
[0022]附图简述
[0023]本专利技术的实施方式参考所附附图进行详细描述，其中：
[0024]图1是根据本专利技术实施方式构造的焊接系统的笛形管和散热器的正视图；
[0025]图2是根据本专利技术实施方式构造的焊接系统的焊接承座的正视图；
[0026]图3是图2的焊接承座的侧视图；
[0027]图4是根据本专利技术的一实施方式的热梯度进展的示意图；
[0028]图5是根据本专利技术的一实施方式的热和压力分布曲线图；
[0029]图6是描述根据本专利技术实施方式的热塑性复合焊接方法的某些步骤的流程图。
[0030]图7是描述根据本专利技术另一实施方式的热塑性复合焊接方法的某些步骤的流程
图。
[0031]图8是根据本专利技术的另一实施方式构造的焊接承座的侧视图；
[0032]图9是图8的焊接承座的正视图；并且
[0033]图10是描述根据本专利技术另一实施方式的热塑性复合焊接方法的某些步骤的流程图。
[0034]附图并未将本专利技术限制到本文公开并描述的具体实施方式。所述图不一定按比例绘制，而强调着重于清楚说明本专利技术的原理。
具体实施方式
[0035]本专利技术的以下详细描述参考了附图，所述附图显示了可以实施本专利技术的具体实施方式。这些实施方式旨以足够详细的方式对本专利技术的各个方面进行描述，以使本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将具有相对第一和第二侧的热侧层压材料和具有相对第一和第二侧的相对层压材料热塑性复合焊接在一起的系统，所述系统包括：冷却装置，其构造成使热侧层压材料冷却，从而在热侧层压材料中产生热梯度；以及焊接承座，其构造成在热侧层压材料冷却后但热梯度消散之前对热侧层压材料进行加热，从而使热侧层压材料的第二侧和相对层压材料的第一侧焊接在一起时，热侧层压材料的第一侧不会变形。2.如权利要求1所述的系统，其中，冷却装置包括笛形管和散热器，所述笛形管构造成将经冷却的流体分散到散热器。3.如权利要求1所述的系统，其中，焊接承座包括构造成通过磁场对热侧层压材料进行加热的感应线圈。4.如权利要求1所述的系统，其中，焊接承座还包括构造成将热侧层压材料和相对层压材料压制在一起的弹性压力垫。5.如权利要求1所述的系统，其中，冷却装置是弹性热容器，焊接承座包括弹性热容器。6.一种热塑性复合焊接方法，所述方法包括如下步骤：将具有相对第一和第二侧的热侧层压材料与具有第一和第二侧的相对层压材料相邻放置；使热侧层压材料冷却，从而在热侧层压材料中产生热梯度；以及在冷却步骤开始后但热梯度消散之前对热侧层压材料进行加热，从而使热侧层压材料的第二侧和相对层压材料的第一侧焊接在一起时，热侧层压材料的第一侧不会变形。7.如权利要求6所述的方法，其中，使热侧层压材料冷却的步骤包括如下中的至少一个：将热侧层压材料的第一侧浸入冷流体中，用冷流体喷射热侧层压材料的第一侧，将冷却的散热器放置在热侧层压材料的第一侧附近，以及使热侧层压材料的第一侧经受对流冷却射流。8.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括将压力施加至热侧层压材料和相对层压材料中至少一个的步骤。9.如权利要求8所述的方法，其中，通过弹性压力垫施加压力。10.如权利要求9所述的方法，其中，对热侧层压材料进行加热的步骤通过具有弹性压力垫的焊接承座进行。11.如权利要求8所述的方法，其中，压力通过压力施加装置施加，所述方法还包括如下步骤：在对热侧层压材料进行加热之前使压力施加装置冷却并通过冷却的压力施加装置使热侧层压材料冷却。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：神灵航空体系股份有限公司，
类型：发明
国别省市：