热塑性复材焊接-工艺控制、认证、止裂工艺和表面处理-3
本文摘要：（由ai生成）
文本介绍了焊接热塑性复合材料的相关内容，包括表面处理、渐进式方法和广泛应用的前景。研究表明，焊接接头与粘合接头有着根本的不同，焊接接头认证申请人必须制定稳健的工艺和严格的质量控制协议。虽然焊接接头对表面处理和表面状况并不重要，但损伤抑制功能可以进一步提高其损伤容限性能。未来，需要通过无损检测、全尺寸演示件和疲劳测试等手段，使焊接热塑性复合材料结构广泛应用于商用飞机。
表面处理
即使使用了止裂工艺， Seneviratne 仍然会发现焊接 中的表面污染和准备问题，就像粘合一样。“很多人认 为，对于焊接接头来说， 污染物不是什么大问题， 因为 温度将达到 300 或 400 摄氏度， 因此， 所有这些污染物 都会被烧掉。但我们已经对污染物进行了研究，但事实 并非如此。你必须确保表面清洁，并且在界面中有紧密 接触。人们希望使用与我们对热固性材料所做的相同的 表面处理技术，但这对热塑性焊接来说效果不佳， 尤其 是使用研磨技术。 ”
GKN 福克也对此进行了研究。GKN 航空航天全球 技术中心（GTC，荷兰胡格芬） 主任、长期从事热塑性 复合材料和焊接冠军的阿恩特 ·奥夫林加（ArntOffringa） 表示：“在我们生产机翼前缘和控制表面时，翼肋凸缘 是焊接在蒙皮上的。” 。“ 翼肋首先是由层压板冲压成 型的。由于这种制造工艺，翼肋凸缘不是 100%清洁的。这就是为什么我们对凸缘进行 Scotch-Brite 清洁，然后 用酒精擦拭。对于蒙皮， 我们只使用酒精擦拭。为了确 定焊接前有人触摸要连接的零件的影响，我们研究了手 指油脂对焊接质量的影响。没有影响。当我们的焊接接 头在测试中被拉开时， 它们始终显示出良好的故障， 即 故障发生在其中一个零件上， 而不是焊接区域。” 奥夫 林加指出， 这种表面处理比粘合的主要结构简单得多， “ 在粘合的主要组织中，你必须确保你的表面非常光 滑。 ” 非常干净。 ”
Seneviratne 说：“ 我们发现，使用高能方法， 如大 气等离子体处理，可以显著改善热塑性粘接接头的机械 性能，并在焊接界面以外产生可接受的失效模式。然而， 这对焊接接头来说并不那么重要。尽管如此，在粘接或 焊接之前，表面清洁度很重要，我们已经看到大气等离 子体是实现这一点的最佳方法，尤其是对焊接而言。然 而， 与粘接接头不同，表面处理在焊接中并不重要，但 其他工艺参数——如热管理、在高于熔化温度和时间的 情况下保持焊接表面固结压力的工具——至关重要。因 此，作为一个团队，我们需要制定焊接工艺评定协议和 方法以确保在接头的整个设计寿命内安全运行。”
KVE INDUCT 焊接装置， 用于安装在其商用移 动焊接系统（顶部）中的试样（底部）。
KVE 的 Labordus 说：“ 我们发现表面处理对感应 焊接并不重要。 ”。这是基于 KVE 和合作伙伴 Rescoll （法国 Pessac）在 MECATESTERS 子程序（2019 年 4 月至 2021 年 10 月）中进行的重要测试，该子程序基 本上是对感应焊接零件的 CF/LMPAEK 单向带的鉴定。测试包括单搭接剪切（SLS-single-lap shear）、 L 型拔 出和剪切、剥离和剪切的组合、 GIC 静态和一百万循 环 GIIC 疲劳、冷（-55°C） /热（80-120°C）和 90%湿度下的老化，以及焊接参数的研究，包括温度和压 力的上下限，以及表面污染和制备的影响。后者调查 了三种不同类型脱模剂的污染， 这三种脱模剂通常用 于压制和热压罐加工； 特定类型的表面处理， 包括砂 光、研磨和红外处理； 以及界面处额外树脂膜的影响 以及此处的纤维取向， 例如±45°帘布层。
Labordus 说：“ 我们发现， 焊接接头与粘合接头 有着根本的不同，因为它们对表面处理和表面状况并 不重要， 因此在不使用空心铆钉的情况下应该更容易 进行认证。 ” 。“ 尽管如此，损伤抑制功能可以进 一 步提高焊接接头的损伤容限性能， 并加快适航当局的 验收速度。 ”
感应焊接热塑性复合材料测试中的逐步构建块方法示例。
循序渐进的方法
Seneviratne 说：“ 与粘结接头类似，焊接接头认证 申请人必须制定稳健的工艺和严格的质量控制协议，并 使用三种方法之一（验证载荷、全无损检测或止裂工艺） 向认证机构证明合规性，否则他们必须对焊缝使用全新 的认证方法， 以证明其耐久性和损伤容限。我们应该逐 步做到这一点，多年来积累这些接头的足够历史和大量 数据， 就像我们对粘结接头所做的那样。最终， 我认为 我们对没有止裂功能的焊接复合材料主结构有足够的信心。 ”
ENLIGHTEN 财团包括 22 个合作伙伴，涵盖航 空航天和汽车供应链。
这种信心可能很快就会到来——至少基于大量的 数据。事实上， 一种逐步的方法——即测试第一个试 件，然后是子元件， 然后是小尺寸和/或全尺寸组件的 构建块/金字塔——已经被 MFFD 机身上半部分和下半 部分计划、 IS Groupe 和空中客车大西洋公司在ECHOS 计划中以及 CETMA 在 MFFD 门周围使用（见 图）。 2023 年焊接后， MFFD 的测试将增加更多数据， 法国的 TRAMPOLINE 项目，2021 年宣布的为期 5年、22 个合作伙伴的 ENLIGHTEN 项目，以及 NIAR 的弗兰肯斯坦（FS-19）焊接演示器将于 2025 年完成。
焊接在十年内广泛应用？
如何使焊接热塑性复合材料结构广泛用于商用飞 机？IS Groupe 的赖纳尔（Raynal） 表示：“ 我们当然需 要飞机制造商的认证， 我认为这需要无损检测，能够 为焊接部件提供一致和准确的质量保证。 ” 。“ 我们还 需要通过包括疲劳在内的所有必要测试的全尺寸演示件 。 ”
KVE 的巴赫表示： “GKN 福克一直是应用热塑性 复合材料和焊接组件的领先者之 一 。 ” 。“但飞机制造商也必须对这项技术进行投资。在过去两年中，我们 看到对热塑性复合材料和焊接的投资和需求不断增加。仅从 KVE 收到的请求数量来看，我们就发现该行 业确实在寻求可持续发展的下一步，市场已经开始相 信热塑性塑料的应用和焊接可能节省的成本。我们将 在十年内看到更多的焊接热塑性复合材料。 ”
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原文见，《 Thermoplastic composites welding: Process control, certification, crack arresters and surface prep 》 2022.9.30
杨超凡 2024.5.20
