【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例涉及材料连接和制造，具体地，涉及适用于一种碳纤维热塑性复合材料板材的连接方法及连接结构。
技术介绍
1、碳纤维热塑性复合材料（cfrp)因为其优越强度、刚度、重量比以及制造工艺具有成本效益，在飞机结构上的应用受到广泛关注。然而，cfrp的焊接一直是一个技术难题。传统的焊接方法如激光焊、电阻焊等并不适用于cfrp的焊接，因此需要寻求新的焊接技术。超声波焊接作为一种高效、清洁、低成本的焊接技术，逐渐被应用于cfrp的焊接中。超声波焊接的技术原理主要基于超声波的振动能量。当超声波作用于cfrp材料时，会产生每秒几万次的高频振动，这种振动能量通过上焊件传递到焊区。由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温，导致两个接触面的树脂迅速熔化。在熔化过程中，加上一定压力后，使两个板材融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，形成一个坚固的焊缝，完成焊接。
2、在超声波焊接中，通常会在两个板材的接触面之间放置较薄的纯树脂导能筋，用来传递和集中振动能量，以此来提高焊接的效率和质量，其原理是超声波焊头向工件施加高频振动，引起材料（主要是树脂）摩擦生热、融化及流动最终固结在一起实现焊接，但由于树脂材料本身的强度和刚度相对较低，在承受载荷时由于焊接接头界面树脂基体的剪切破坏而容易发生失效。
技术实现思路
1、考虑到热塑性复合材料超声波焊接主要是通过树脂基材料的融化流动来连接的，连接强度较低，本专利技术提出了一种在板材接触面之间增加一层含有垂直纤
2、具体的，本专利技术第一方面提供了一种碳纤维热塑性复合材料板材的连接方法，包括如下步骤：
3、s1、采用碳纤维、聚芳醚酮树脂制备垂直纤维复合材料薄片，所述垂直纤维复合材料薄片的纤维方向平行于待连接碳纤维热塑性复合材料板材厚度方向；
4、s2、将s1中制备的垂直纤维复合材料薄片切成需要的尺寸，得到垂直纤维夹层，切割后的垂直纤维夹层中纤维平行于待连接碳纤维热塑性复合材料板材厚度方向；
5、s3、将待连接的第一碳纤维热塑性复合材料板固定在焊机的砧座上，在焊接区域中心放置s2中得到的垂直纤维夹层，将待连接的第二碳纤维热塑性复合材料板待焊接区域搭接在所述第一碳纤维热塑性复合材料板的待焊接区域，并固定在砧座上；
6、s4、用超声波焊头在步骤s3中的所述第二碳纤维热塑性复合材料板待焊接区域的正上方施加垂直于板材接触面的焊接压力和位移载荷，焊接后使电极对焊接接头进行保压凝固，之后卸载，完成焊接。
7、作为本专利技术的进一步说明，所述步骤s1具体为：
8、s101、将碳纤维束浸渍在聚醚酮酮树脂中，使树脂充分浸润碳纤维，形成预浸料；
9、s102、将所述预浸料按单向铺放，放入热压罐中加热加压成型，制成所述垂直纤维复合材料薄片。
10、作为本专利技术的进一步说明，所述步骤s2中使用水冷金刚石据将s1中制备的垂直纤维复合材料薄片切成需要的尺寸。
11、作为本专利技术的进一步说明，所述步骤s3具体为：
12、s301、将待连接的第一碳纤维热塑性复合材料板的待焊接区域朝上并放置于超声波焊头正下方，固定在砧座上；
13、s302、将s2得到的垂直纤维夹层放置在所述第一碳纤维热塑性复合材料板待焊接区域的中心；
14、s303、将待连接的第二碳纤维热塑性复合材料板待焊接区域朝下搭接在所述第一碳纤维热塑性复合材料板的待焊接区域，并固定在砧座上。
15、作为本专利技术的进一步说明，步骤s4中，焊接过程采用位移控制策略，焊接位移为垂直纤维夹层的厚度，焊接压力为500n~2000n。
16、作为本专利技术的进一步说明，步骤s4中，位移载荷的振动幅值为25~100um，在1500n的力下保压4s后卸载。
17、本专利技术第二方面提供一种碳纤维热塑性复合材料板材的连接结构，所述连接结构为碳纤维、聚芳醚酮树脂制成的垂直纤维复合材料薄片，所述垂直纤维复合材料薄片的纤维方向平行于待连接碳纤维热塑性复合材料板材厚度方向。
18、与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益的技术效果：
19、1.本专利技术使用垂直纤维结构代替导能筋进行焊接后，其抗拉/剥离强度明显提高，较好的改善了碳纤维热塑性复合材料超声波焊接的焊接质量。
20、2.本专利技术相对于传统的导能筋焊接，在材料制作时没有明显困难，也没有增加焊接前的工作量，但在焊接强度上有了明显的提高。
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1.一种碳纤维热塑性复合材料板材的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中使用水冷金刚石据将S1中制备的垂直纤维复合材料薄片切成需要的尺寸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，焊接过程采用位移控制策略，焊接位移为垂直纤维夹层的厚度，焊接压力为500N~2000N。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，位移载荷的振动幅值为25~100um，在1500N的力下保压4s后卸载。
7.一种碳纤维热塑性复合材料板材的连接结构，其特征在于，所述连接结构为碳纤维、聚芳醚酮树脂制成的垂直纤维复合材料薄片，所述垂直纤维复合材料薄片的纤维方向平行于待连接碳纤维热塑性复合材料板材厚度方向。
【技术特征摘要】
1.一种碳纤维热塑性复合材料板材的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中使用水冷金刚石据将s1中制备的垂直纤维复合材料薄片切成需要的尺寸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，焊接过程...
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