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工艺与制造英文2025

焊接表面粗糙度对热塑性复合材料焊接接头性能的影响机制

Mechanism of Welding Surface Roughness on Weld Joint Performance in Thermoplastic Composite Structures

Qian Wang, Yinwu Yan, Caixia Jia, Yunpeng Qiu, Zhixin Li, Bowen Feng · College of Aerospace Engineering, Shenyang Aerospace University Shenyang China
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期刊 / 来源Polymer Composites
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关键词:热塑性复合材料超声波焊接表面粗糙度搭接剪切强度有限元模型玻纤增强PA6

摘要整理

本研究探究了玻纤增强PA6(GF/PA6)热塑性复合材料的超声波焊接(USW)工艺,首次揭示了无能量导向器(ED)条件下表面粗糙度的影响规律。建立了耦合热-力学有限元(FE)模型,通过分析焊接参数对界面温度场和熔融区演变过程的影响,深入研究了焊接表面粗糙度对接头性能的关键作用。研究结果表明,采用优化焊接工艺参数——焊接振幅为额定值的70%、焊接时间为0.8 s——GF/PA6的搭接剪切强度(LSS)达到27.6 MPa的较高水平。在此基础上,通过简单砂磨将焊接表面粗糙度从16.3 μm降低至9 μm以下,促进了熔融树脂和纤维的扩散和结合,进一步将LSS提升至29.9 MPa。研究表明表面粗糙度的降低能够显著改善接头性能,为热塑性复合材料超声波焊接工艺优化提供了重要指导。

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