碳纤维感应元件厚度对碳纤维增强热塑性复合材料感应焊接接头力学性能及断裂形式的影响

利用碳纤维织物与树脂薄膜制备了0.2 mm、0.3 mm与0.5 mm 3种不同厚度的碳纤维感应元件,并开展碳纤维增强热塑性复合材料(Carbon fiber reinforced thermoplastic composite,CFRTP)感应焊接建模仿真与工艺试验。观察CFRTP感应焊接接头成形形貌,开展接头拉伸剪切强度测试与断口形貌分析,着重探究感应元件厚度对接头力学性能与断裂形式的影响。研究结果表明：碳纤维感应元件能在不引入异质材料的前提下实现CFRTP的高质量感应焊接,但接头界面温度分布具有明显的不均匀性;随着感应元件厚度的增加,过量的树脂会降低接头的成形效果、连接质量与力学性能,同时界面的有效连接面积也随之减小;当感应元件厚度为0.2 mm时,焊接接头的拉伸剪切强度最高可达23.77 MPa;焊接接头的断裂形式包括感应元件内聚破坏、母材表层自破坏、界面破坏和混合破坏,造成接头失效的断裂机制根据感应元件厚度的改变而发生变化。