\r罗 震,杜慧敏,敖三三,张 威,魏 祺,黄逸飞\r
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AuthorsHTML:\r罗 震,杜慧敏,敖三三,张 威,魏 祺,黄逸飞\r
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AuthorsListE:\rLuo Zhen,Du Huimin,Ao Sansan,Zhang Wei,Wei Qi,Huang Yifei\r
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AuthorsHTMLE:\rLuo Zhen,Du Huimin,Ao Sansan,Zhang Wei,Wei Qi,Huang Yifei\r
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Unit:\r天津大学材料科学与工程学院,天津 300350\r
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Unit_EngLish:\rSchool of Materials Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300350,China\r
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Abstract_Chinese:\r\r超声波焊接可以高效地实现长碳纤维复合材料的连接.超声波焊接常用的有\r3\r种焊接模式:时间模式、位移模式和能量模式,其控制机理不同.本文采用适应生产需求的小焊头,研究了\r3\r种常用焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊的接头性能的影响,为生产过程中的焊接模式选择提供依据,且材料表面不预设能量引导体\r(\r导能筋\r)\r以提高生产效率.本文探寻了每种焊接模式下的最优焊接参数,并将各模式下的最优参数结果进行了对比,通过监测焊接过程中的功率\r-\r位移曲线对焊接过程及机理进行了分析,采用拉伸实验和显微组织观察对分析结果进行了验证.结果表明,熔核面积是影响拉伸强度的主要因素,焊接过程的完整性对拉伸强度也有所影响,焊接缺陷普遍存在于\r3\r种焊接模式中,对焊接质量影响不大.不同的焊接模式下获得的最佳接头性能有较大差异,位移模式下得到的熔核面积最大,接头的最大承载力可达\r1\r795.6N\r;时间模式下焊点熔化后未经充分流动即冷却凝固,接头力学性能较差;能量模式下焊接时间短,熔核面积仅为位移模式下的\r40.5\r%\r,承载力也较差.位移模式是最适合长碳纤维复合材料超声波焊的焊接模式.\r\r
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Abstract_English:\r Ultrasonic welding is an effective way to join carbon fiber and epoxy resin (CF/EP). There are three modes commonly used in ultrasonic welding:time mode,collapse mode,and energy mode,of which the control mechanisms are different. In this paper,the effects of three common welding modes on the joint properties of CF/EP were studied. A small welding head was used to meet production requirements,providing a basis for the selection of welding modes without an energy director to improve the production efficiency. The optimal welding parameters of each welding modes were explored and the results of the different welding modes under optimal parameters compared. The welding process and mechanism were analyzed by monitoring the power-displacement curve in the welding process. The results were verified by tensile testing and microstructural observation. The nugget area is the main factor affecting the tensile strength,as well as the integrity of the welding process. Welding defects generally exist in the three welding modes and have little effect on the welding quality. The welding properties are quite different under different welding modes. The nugget size of CF/EP under the collapse mode was the largest,and the maximum tensile load of the joint reached 1795.6 N. In the time mode,the welding joints were cooled and solidified without sufficient flow after melting,as a result,the mechanical properties of the joint were poor. In the energy mode,the welding time was short,the welding area was only 40.5% that of the displacement mode,and the bearing capacity was also poor. As a result,the displacement mode is the most suitable welding mode for ultrasonic welding of long carbon fiber composites.
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Keyword_Chinese:长碳纤维复合材料;超声波焊接;焊接模式;接头性能\r
Keywords_English:carbon fiber/ epoxy resin;ultrasonic welding;welding mode;mechanical property\r
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焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊接头性能的影响\r\n\t\t
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