[发明专利]一种碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统与焊接方法

权利要求书

1.一种碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述系统包括加热系统、冷却系统、压力系统、测温系统和工装，其中所述加热系统包括感应线圈和感应元件，感应线圈产生高频交变磁场，使感应元件产生感应电流，感应元件因涡流效应产生热量，为焊接面提供树脂熔融所需热量；冷却系统包括气冷装置和散热片，用以防止焊接区端部过热；压力系统包括超高温真空袋和真空泵，在超高温真空袋内以真空压力的形式将力传递至焊接区域，压实焊接区域；测温系统包括巡检仪和红外热成像仪，用来监测焊接区的温度变化。

2.根据权利要求1所述的碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述感应线圈设于焊接区域的正上方，并与焊接区域保持耦合距离；所述感应元件置于待焊接层板之间。

3.根据权利要求1所述的碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述冷却系统中气冷装置具有空气压缩机和三通气路接头，所述三通气路接头包括一个总气路排气管，两个支气路排气管，空气压缩机产生的压缩气体分别从所述两个支气路排气管通过扇形气体喷嘴喷出，所述两个支气路排气管分别插入气路卡箍中，作用于层板焊接区域的端部和上表面，氮化铝陶瓷散热片分别粘贴于层板上表面和端部。

4.根据权利要求1所述的碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述工装包括层板限位、气路限位、二维水平仪和保温绝缘底板。

5.根据权利要求4所述的碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述层板限位包括两个限位卡槽，所述限位卡槽分别安装在所述保温绝缘底板上，位于待焊接层板的末端。

6.根据权利要求4所述的碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述气路限位包括端部气路卡箍和侧部气路卡箍，所述两个支气路排气管分别插入所述端部气路卡箍和侧部气路卡箍中。

7.根据权利要求4所述的碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述二维水平仪安装于保温绝缘底板中央边缘处。

8.根据权利要求4所述的采用碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板的感应焊接系统，其特征在于，所述层板限位、气路限位和保温绝缘底板材质的导热系数范围为0.1～0.34W/(m·K)、耐热温度范围为400～600℃、压缩强度范围为100～200MPa。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的感应焊接系统的感应焊接方法，包括如下步骤：

(1)制备焊接所需的所述感应元件；

(2)将所述碳纤维/聚芳醚酮复合材料层板，感应元件，散热片放置于工装的指定位置；

(3)使用超高温真空薄膜对工装进行打袋处理，超高温透气毡位于超高温真空薄膜和复合材料上表面之间，覆盖于复合材料之上，焊接处不覆盖超高温透气毡，并用超高温密封胶条密封，打开真空泵将袋内空气抽出，实现真空袋压；

(4)将已实现真空袋压的工装放于升降台上，调节升降台使工装上的二维水平仪保持水平状态，将层板的待焊接区域置于感应线圈正下方，并调节升降台使得感应线圈与焊接界面保持耦合距离；

(5)调整红外热成像仪镜头位置，使其正对工装及焊接区域的侧面，监测焊接过程中上层板、感应元件和下层板的温度变化，巡检仪与植入焊接区域的K型热电偶监测焊接界面的温度变化；

(6)开启空气压缩机，调整气压与喷嘴位置，使压缩空气分别从所述气路卡箍的方向喷向焊接区域的相应位置；

(7)打开工业冷水机开关，实现冷却循环水的供应，打开高频感应设备电源，使用恒流模式输出；

(8)在焊接过程中，使用计数器计时，达到规定时间立即关闭电源开关，即完成焊接。

10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述感应元件由如下制备方法制成：

(1)将平纹金属网、铜箔和聚醚醚酮树脂膜裁剪为所需尺寸；

(2)将所述平纹金属网、铜箔和聚醚醚酮树脂膜用丙酮清洗；

(3)将清洗完毕的所述平纹金属网、铜箔和聚醚醚酮树脂膜烘干；

(4)将烘干完毕的铜箔沿宽度方向对折包裹平纹金属网两侧边缘并夹紧，制成平纹金属网与铜箔的结合体；

(5)将烘干完毕的所述平纹金属网、聚醚醚酮树脂膜按照2层聚醚醚酮树脂膜、平纹金属网与铜箔的结合体、2层聚醚醚酮树脂膜的顺序依次铺放，再置于铺有超高温隔离膜和聚四氟乙烯脱模布的模具中，放入真空热压机中进行模压，在加热加压下产生变形实现所述平纹金属网和聚醚醚酮树脂膜的紧密贴合，制备出所述感应元件。