[发明专利]热塑感应焊接设备和方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及热塑焊接技术。更具体地，本公开涉及热塑焊接设备和方法，其中感应磁场平行于被焊接的复合部件的平面取向，并且在复合部件之间接头处集中均匀的加热，防止或最小化部件的加热。

背景技术

纤维增强的有机树脂基体复合材料具有使得它们在航空航天应用中逐渐受欢迎的高强度重量比、高刚度重量比和期望的疲劳特性。因此，复合材料被越来越多地用于飞行器结构组件的制造中。

各种技术用于连接航空航天和其他应用中的复合结构。这些紧固技术包括机械紧固、粘合结合和热塑焊接。热塑焊接具有优于其他紧固技术的众多优点，包括以高速并具有最小接触劳动以及如有的话则极少的预处理连接热塑复合组件的能力。焊接夹层（其包括基座和涂覆或夹住基座的周围热塑树脂）也可以同时代替在机械紧固中需要的垫片。因此，复合材料焊接有望成为负担得起的紧固技术。

在热塑和热固复合部件的热塑焊接中，将复合部件之间的基座加热并且依次加热和熔化部件的树脂。熔化的树脂在部件之间的焊接夹层处作为热熔性粘合剂。在随后的冷却之后，树脂凝固并且将复合部件相互固定。

在热塑焊接中，期望尽可能均匀地加热复合部件之间的焊接夹层。热均匀性和可重复性以及开发可接受的加工和参数以符合这些可接受的热均匀性条件所需的时间量已经是利用热塑复合材料的感应焊接的主要障碍。在开发参数中的广泛试验已用于其中感应参数和用受热器加工已被使用的应用。然而，经常由于这些热均匀性问题因此不选择热塑焊接方法。

因此，需要这样的热塑焊接设备和方法，其中感应磁场平行于被焊接的复合部件的平面取向，并且在复合部件之间接头处集中均匀的加热，防止或最小化部件的加热。

发明内容

本公开一般涉及热塑焊接设备。热塑焊接设备的例证性实施方式包括热塑焊接工具、在热塑焊接工具中的至少一个加工表面、在热塑焊接工具中并且大体围绕至少一个加工表面的磁感应线圈和在至少一个加工表面处的热塑焊接工具中的至少一个智能基座。磁感应线圈适合生成与至少一个智能基座的平面大体平行取向的磁通量场。

在一些实施方式中，热塑焊接设备可以包括热塑焊接工具；在热塑焊接工具中的至少一个加工空间；在至少一个加工空间中的至少一个加工表面；在热塑焊接工具中并且大体围绕至少一个加工表面的磁感应线圈；在加工表面上的第一复合部件；在第一复合部件上的至少一个智能基座；以及在至少一个智能基座上的第二复合部件。磁感应线圈适合生成与至少一个智能基座的平面大体平行取向的磁通量场。

本公开进一步一般涉及热塑焊接方法。热塑焊接方法的例证性实施方式包括提供第一和第二复合部件、在第一和第二复合部件之间放置智能基座并且生成与智能基座的平面为平行关系的磁通量场。

本公开的进一步实施方式可以包括：

A.热塑焊接设备，其包括：

热塑焊接工具；

在所述热塑焊接工具中的至少一个加工空间；

在所述至少一个加工空间中的至少一个加工表面；

在所述热塑焊接工具中并且大体围绕所述至少一个加工表面的磁感应线圈；

在所述加工表面上的第一复合部件；

在所述第一复合部件上的至少一个智能基座；

在所述至少一个智能基座上的第二复合部件；以及

所述磁感应线圈适合生成与所述至少一个智能基座的平面大体平行取向的磁通量场。

B.段落A的设备，其中所述至少一个智能基座包括钼坡莫合金。

C.段落A的设备，进一步包括嵌入所述至少一个加工表面中的铁磁材料。

D.段落A的设备，进一步包括在所述至少一个加工表面中的不导电材料。

E.段落D的设备，其中所述不导电材料包括弹性体材料。

F.段落D的设备，进一步包括嵌入靠近所述不导电材料的所述至少一个加工表面中的铁磁材料。

G.段落F的设备，其中所述铁磁材料在所述不导电材料的各个侧面上嵌入所述至少一个加工表面中。

H.段落F的设备，其中所述铁磁材料包括铁氧体粉末。

附图说明

图1是在设备的示例性应用中的热塑焊接设备的例证性实施方式的剖面图。

图2是热塑焊接设备的例证性实施方式的一部分的剖面图，更具体图解了在部件的热塑焊接中邻近的复合部件之间磁通量场与智能基座相互的平行取向。

图3是在图2中图解的复合部件和智能基座的放大截面图。

图4是在设备的可选应用中的热塑焊接设备的例证性实施方式的剖面图。