连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法技术

本发明专利技术公开了一种连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，对完成超声波直接焊接的上接合偶对和下接合偶对进行表面处理，然后固定电极，并放入温控箱内；利用信号处理端采集并分析电极得到的信号，与实验获得的温度

【技术实现步骤摘要】
连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法


[0001]本专利技术属于温度监测
，具体涉及一种连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法。

技术介绍

[0002]在实际应用过程中，通过焊接连接的接头相较于材料本身强度较弱，承受较大载荷时损伤首先集中发生在接头部位。由于材料本身具有热塑性，其服役过程中的温度监测对其结构可靠性具有很大影响，对接头使用过程中的安全性有巨大影响。同时，热塑性基体导热性较差，焊接界面的温度变化很难通过测量表层温度获得。
[0003]依据现有技术可以通过布置热电偶等传感器以及通过红外测温仪等其他仪器对焊接接头进行温度监测。但外加传感器会带来额外的成本，实现牢固固定也比较困难，测量接头内部温度时可能对接头结构产生影响；使用红外测温仪等其他仪器成本较高，且难以做到实时焊接接头内部监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，用于解决连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头内部无法进行温度测量的技术问题。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、对完成超声波直接焊接的上接合偶对和下接合偶对进行表面处理，然后固定电极，并放入温控箱内；
[0008]S2、利用信号处理端采集并分析电极得到的信号，与实验获得的温度
‑/>电阻曲线进行比较，实现焊接接头的温度监测。
[0009]具体的，步骤S1中，上接合偶对和下接合偶对的基体采用连续碳纤维增强热塑性复合材料制备而成。
[0010]进一步的，连续碳纤维增强热塑性复合材料中碳纤维的体积分数为20％～60％。
[0011]更进一步的，连续碳纤维增强热塑性复合材料包括聚乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚和/或聚对苯二甲酸乙二酯。
[0012]具体的，步骤S1中，表面处理具体为：
[0013]清理上接合偶对和下接合偶对焊接界面周围的挤出物。
[0014]进一步的，在上接合偶对和下接合偶对清理完挤出物的界面上涂抹导电漆，然后分别连接电极。
[0015]具体的，步骤S1中，电极采用机械压紧的方式分别与上接合偶对和下接合偶对固定连接。
[0016]具体的，步骤S1中，电极采用对称放置，分别位于上接合偶对和下接合偶对的一
端。
[0017]具体的，步骤S2中，温度每变化5℃记录一次电阻值，每次记录电阻时需等待温控箱温度保持不变1分钟。
[0018]具体的，步骤S2中，将实际测得的信号与界面电阻与温度变化的曲线进行比较，得到焊接接头内部的实时温度。
[0019]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0020]本专利技术连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，通过监测焊接接头服役过程中界面电阻或电压的变化，来直接监测焊接接头内部温度，避免温度过高或者过低对焊接接头结构产生损伤；利用碳纤维增强材料在环境温度变化时电阻随之改变的特性，通过在焊接后形成的导电网络两端固定电极的方式，进行焊接界面温度的监测，温度
‑
电阻拟合曲线线性度高，监测灵敏度较高，对温度变化的响应迅速。
[0021]进一步的，碳纤维的导电性能优良，利用其焊接完成后自然形成的导电网络进行界面监测是本专利技术的核心；同时，经过碳纤维增强的热塑性复合材料具有质轻、高模量、高强度、可设计、耐高温、热稳定性优异、抗疲劳、抗腐蚀、工艺性好等优点，应用广泛。
[0022]进一步的，连续碳纤维增强热塑性复合材料基体纤维的体积分数位于20％～60％之间，过低或过高的纤维体积分数都会导致接合偶对性能的降低。
[0023]进一步的，连续碳纤维增强热塑性复合材料基体包括聚乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚和/或聚对苯二甲酸乙二酯等较为常见的热塑性材料。
[0024]进一步的，焊接完成后，在焊接热和焊接压力的共同作用下，热塑性基体会熔化挤出，部分纤维也会连带的发生位置的移动。清除多余聚合物可以使包裹在聚合物内的纤维裸露，增加电阻或电压信号监测时监测头和导电网络的接触面积。
[0025]进一步的，在上接合偶对和下接合偶对之间设置有导电漆，用于最大限度地提高焊接界面和铜箔之间的电接触，增加导电网络的稳定性。
[0026]进一步的，电极与导电网络之间采用机械压紧的方式连接，保证电极与导电网络的紧密接触。
[0027]进一步的，电极沿接合偶对长度方向上对称布置，此种布置方式可以完整的反映超声焊接形成的导电网络特征，提高监测精度。
[0028]进一步的，温度每变化5℃记录一次，用于得到较均匀的界面温度梯度，使之后的拟合结果更精确；记录电阻时须保持温控箱温度稳定1分钟，目的是使界面温度与界面电阻均稳定后再进行测量，以得到两者更精确的对应关系。
[0029]进一步的，比较实际测得的信号与界面电阻与温度变化的曲线，可以得到焊接接头内部的实时温度。
[0030]综上所述，本专利技术在不增加额外结构，成本较低，操作便捷，稳定可靠的前提下，利用材料本身的性能，对焊接接头的内部温度进行监测。
[0031]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的焊接接头温度监测原理示意图；
[0033]图2为超声波焊接过程中界面监测方法示意图；
[0034]图3为梯度温度实验测得的界面电阻随温度变化图像；
[0035]其中：11.上接合偶对；12.下接合偶对；13.导电网络；14.电极；15.信号处理端；21.温控箱；25.电阻仪；26.导线。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0038]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对完成超声波直接焊接的上接合偶对和下接合偶对进行表面处理，然后固定电极，并放入温控箱内；S2、利用信号处理端采集并分析电极得到的信号，与实验获得的温度
‑
电阻曲线进行比较，实现焊接接头的温度监测。2.根据权利要求1所述的连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，其特征在于，步骤S1中，上接合偶对和下接合偶对的基体采用连续碳纤维增强热塑性复合材料制备而成。3.根据权利要求2所述的连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，其特征在于，连续碳纤维增强热塑性复合材料中碳纤维的体积分数为20％～60％。4.根据权利要求3所述的连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，其特征在于，连续碳纤维增强热塑性复合材料包括聚乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚和/或聚对苯二甲酸乙二酯。5.根据权利要求1所述的连续碳纤维增强热塑性复合材料焊接接头温度监测方法，其特征在于，步骤S1中，表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宾，严启源，王肖笛，张琦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：