【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原位修复，尤其涉及一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法。
技术介绍
1、碳纤维增强热塑性复合材料(cfrtp)具有轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀、设计灵活、环境友好、可循环利用等优点，在航空航天领域具有广泛的应用。但热塑性复合材料加工成型难度较大，严重限制了其构件的设计复杂度和成型尺寸。传统的机械连接与胶接是复合材料最常用的两种连接技术，但机械连接需要预先制孔，不但损伤材料，还易造成应力集中且增加结构重量；而胶接工艺流程复杂，需要较长的固化周期，导致生产效率低下。焊接技术能够高效、可靠、稳定的获得高质量连接结构，是实现cfrtp大规模应用的关键技术。cfrtp的焊接技术主要包括感应焊接、超声焊接、电阻焊接、激光焊接以及摩擦焊接等，其中感应焊接具有无接触、生产效率高、加热范围大、结构适应性好、接头质量高等特点，被视为cfrtp最理想的焊接技术之一。然而在实际应用过程中，由于使用环境及机械的破坏，cfrtp部件易造成损伤，传统的修复工艺需要将部件拆卸后再修复，工艺繁杂且异质cfrtp焊接修复过程中由于界面产热不均、化学相容性差等问题，获得的焊接接头质量较差，无法形成可靠的连接。因此，亟需一种感应焊接原位修复方法以实现异质cfrtp的高效连接。本文通过设计一种双梯度感应元件，提高感应焊接接头质量，实现原位修复过程中异质cfrtp界面强结合、界面温度分布适配。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，以解决航空航天
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，选取性能更加优良的碳纤维增强热塑性复合材料1(cfrtp-1)对受损材料2(cfrtp-2)区域进行修复，基于两种异质cfrtp的熔化温度差异，将感应元件设置为沿厚度方向的双梯度结构，以实现cfrtp受损区域的原位增强修复。
4、具体包含以下步骤：
5、步骤一：确定待焊样件材料种类；
6、步骤二：基于两种异质cfrtp的熔化温度，设计感应元件双梯度结构；
7、步骤三：通过增材制造技术制备双梯度感应元件；
8、步骤四：基于cfrtp感应焊接数据库选择恰当的焊接参数，完成感应焊接原位修复过程。
9、作为优选，该修复方法不需要对受损部件拆卸，通过kuka机器人调节感应线圈的位置和方向即可实现受损区域的原位修复。
10、作为优选，根据焦耳定律(式1)，电流通过导体时所产生的热量与电流强度的平方、导体材料的电阻和通电时间成正比。感应焊接过程中，cfrtp的主导产热机制为碳纤维的焦耳加热，该机制下碳纤维的产热能力主要取决于纤维长度、纤维电阻率和纤维横截面积(式2)。通过控制感应元件沿厚度方向的碳纤维数量，实现感应元件梯度结构设计。
11、
12、
13、其中，q为碳纤维产生的热量；ie为感应电流的大小；r为导体的电阻；t为时间；rf为碳纤维的电阻；ρf为碳纤维的电阻率；lf为碳纤维的长度；af为碳纤维的横截面积。
14、作为优选，感应元件沿厚度方向采用不同的树脂基体。靠近材料1侧采用与材料1相同的树脂1基体，靠近材料2侧采用与材料2相同的树脂2基体，中间区域由下至上，所述树脂2体积分数以25％的比例逐渐减少，所述树脂1体积分数以25％的比例逐渐增加。
15、作为优选，感应元件通过碳纤维增强热塑性复合材料3d打印机制备，打印过程中通过调整不同树脂材料和碳纤维的送料比例实现树脂基体和碳纤维的由下至上双梯度过渡。
16、作为优选，cfrtp感应焊接数据库包含工艺试验数据及数值模拟数据，完成该感应焊接修复过程后，基于试验过程中的监测和试验后的测试结果，同步更新所述感应焊接数据库。
17、作为优选，所述cfrtp包含碳纤维增强聚醚酰亚胺复合材料(cf/pei)、碳纤维增强聚苯硫醚复合材料(cf/pps)、碳纤维增强聚芳醚酮复合材料(cf/paek)、碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(cf/peek)等。
18、本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术采用一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，实现了装备受损cfrtp区域的原位增强修复。该方法通过设计了一种双梯度感应元件，解决修复过程中异质cfrtp感应焊接时的界面产热不均、化学相容性差的问题，显著提升了受损区域的修复质量。
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1.一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方法，其特征在于，选取性能更加优异的碳纤维增强热塑性复合材料1(CFRTP-1)对受损材料2(CFRTP-2)区域进行感应焊接修复，基于两种异质CFRTP的熔化温度差异，将感应元件设置为沿厚度方向的双梯度结构，以实现CFRTP受损区域的原位增强修复。
2.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方法，其特征在于，该修复方法不需要对受损部件拆卸，通过KUKA机器人调节感应线圈的位置和方向即可实现受损区域的原位修复。
3.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方法，其特征在于，根据焦耳定律(式1)，电流通过导体时所产生的热量与电流强度的平方、导体材料的电阻和通电时间成正比。感应焊接过程中，CFRTP的主导产热机制为碳纤维的焦耳加热，该机制下碳纤维的产热能力主要取决于纤维长度、纤维电阻率和纤维横截面积(式2)。通过控制感应元件沿厚度方向的碳纤维数量，实现感应元件梯度结构设计。
4.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方
5.根据权利要求3和4所述的一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方法，其特征在于，感应元件通过碳纤维增强热塑性复合材料3D打印机制备，打印过程中通过调整不同树脂材料和碳纤维的送料比例实现树脂基体和碳纤维的由下至上双梯度过渡。
6.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方法，其特征在于，CFRTP感应焊接数据库包含工艺试验数据及数值模拟数据，完成该感应焊接修复过程后，基于试验过程中的监测和试验后的测试结果，同步更新所述感应焊接数据库。
7.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质CFRTP原位修复方法，其特征在于，所述CFRTP包含碳纤维增强聚醚酰亚胺复合材料(CF/PEI)、碳纤维增强聚苯硫醚复合材料(CF/PPS)、碳纤维增强聚芳醚酮复合材料(CF/PAEK)、碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)等。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，其特征在于，选取性能更加优异的碳纤维增强热塑性复合材料1(cfrtp-1)对受损材料2(cfrtp-2)区域进行感应焊接修复，基于两种异质cfrtp的熔化温度差异，将感应元件设置为沿厚度方向的双梯度结构，以实现cfrtp受损区域的原位增强修复。
2.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，其特征在于，该修复方法不需要对受损部件拆卸，通过kuka机器人调节感应线圈的位置和方向即可实现受损区域的原位修复。
3.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，其特征在于，根据焦耳定律(式1)，电流通过导体时所产生的热量与电流强度的平方、导体材料的电阻和通电时间成正比。感应焊接过程中，cfrtp的主导产热机制为碳纤维的焦耳加热，该机制下碳纤维的产热能力主要取决于纤维长度、纤维电阻率和纤维横截面积(式2)。通过控制感应元件沿厚度方向的碳纤维数量，实现感应元件梯度结构设计。
4.根据权利要求1所述的一种基于双梯度感应元件的异质cfrtp原位修复方法，其特征在于，感应元件沿...
【专利技术属性】
技术研发人员：王磊磊，蔡绪康，占小红，卜珩倡，关肖虎，朱洪伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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