CF/PEI复合材料超声焊工艺优化及机理研究

• Published in: 材料工程 Vol. 51; no. 7; pp. 42 - 49
• Main Authors: 王静, 贾松, 袁媛, 夏蕾, 王富帅, 任荣, 熊需海
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院,沈阳 110136 01.07.2023; 沈阳航空航天大学 辽宁省先进聚合物基复合材料重点实验室,沈阳 110136%中国五洲工程设计集团有限公司,北京 100053
• Subjects: 超声焊; welding pressure; BP neural network; 单搭接剪切强度; BP神经网络; single lap shear strength; 保压时间; carbon fiber composites; 碳纤维复合材料; 焊接压力; pressure holding time; ultrasonic welding
• ISSN: 1001-4381
• DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000202

TB332%TG44; 碳纤维复合材料(CFRP)广泛应用于航空航天领域,高效连接技术是影响 CFRP构件制造成本和使用安全的关键因素之一.利用超声焊技术对碳纤维增强聚醚酰亚胺树脂基复合材料(CF/PEI)进行焊接,采用单搭接剪切强度(LSS)测试研究了超声焊接压力和焊接时间对复合材料超声焊接头强度的影响,利用扫描电镜对断面微观形貌进行表征;并对实验数据进行线性拟合分析,结合 BP神经网络与遗传算法对时间和压力参数进行优化并预测接头强度;最后研究了保压时间对接头强度的影响机理.结果表明:当焊接时间为 2.5s,焊接压力为 0.45 MPa时,LSS达到最大值为25.6 MPa,较高的焊接强度是由于接头表面形成致密稳定的结构所致;BP 神经网络将实验数据细化,遗传算法模拟出的 LSS值为 24.8 MPa,与实验结果误差仅为 3%;随着保压时间的增加,超声焊接头强度呈现先快速增大后趋于稳定的变化趋势,当保压时间为 5s,时焊接界面处的熔融树脂基本固化完全,PEI树脂与碳纤维形成致密结构,焊接头强度达到稳定.