1.本发明属于热塑性复合材料焊接领域，特别涉及一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备。
背景技术：2.热塑性复合材料在制造过程中，需要将不同的零件连接成组件，由于热塑性复合材料可以加热熔融的特点，使焊接成为连接两个热塑性复合材料零件的有效方法。感应焊接是热塑性复合材料焊接中常用的一种焊接工艺，通过电磁场对感应材料产生涡流引发焦耳热，达到熔化复合材料树脂基体从而实现连接的目的。
3.由于某些聚合物具有较高的加工温度，在不使用感应元件的情况下难以实现高质量的连接。感应焊接所使用的传统加热元件，如碳纤维编制网，难以在短时间内将复合材料的树脂基体加热到熔融温度，而加热效率较高的金属网则对飞行器的隐身性能和重量造成不利影响。由于感应元件一般会覆盖接头的大部分面积，达到熔化温度时，上下两个复合材料板的高分子链在穿过感应元件时容易受到其阻碍，因此需要施加一定的压力来保证连接效果，压力和感应元件的同时存在容易造成接头位置树脂的挤出，影响焊接质量。此外，实际应用中对于具有复杂曲面特征的复合材料待焊件往往需要针对感应元件的布置方式进行繁琐的实验和设计，不利于生产效率的提高。感应焊接的磁场分布很大程度上依赖于线圈结构，因此线圈的设计、生产、维护会在一定程度上延长感应焊接技术的生产周期。
技术实现要素：4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，能够在不需要预备额外的感应元件材料的情况下，于复合材料板的表面形成图案化的激光诱导石墨烯加热元件，这种加热元件在1-200mhz的射频信号产生的电场中进行较为快速的加热，合理控制图案的分布能够实现焊接温度场的优化，对于多种复合材料具有良好的适应性，并且可以满足复杂曲面的复合材料构件的焊接需求。此外，本发明使用的射频施加器具有结构简单、易于制造的特点，可以按需进行低成本的改装，在一定程度上缩短生产周期、提高效益。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，包括中央控制系统、识别摄像头、路径规划系统、六轴机器人、激光刻蚀系统、射频焊接系统、加工平台；
7.中央控制系统在整个焊接设备中起到命令传递、数据处理的作用，连接路径规划系统、六轴机器人、激光刻蚀系统、射频焊接系统的射频信号发生器、接头压力调控装置、焊接监测及反馈系统和冷风机；
8.路径规划系统连接识别摄像头，用于设计激光诱导石墨烯的刻蚀图案和规划机器人运行路径，图案基于单条激光诱导石墨烯的射频加热实验或者有限元仿真的温度分布情
况进行设计，也可以从中央控制系统中保存的射频焊接案例中调用图案数据，先利用识别摄像头识别加工平台上放置的复合材料板的几何参数，再根据复合材料板的几何参数进行刻蚀图案和激光头运行路径的规划，设计完成后，数据信息传输给中央控制系统，中央控制系统向六轴机器人发送编写好的运行路径，并向激光刻蚀系统传输激光诱导参数；
9.激光刻蚀系统用于复合材料表面图案化激光诱导石墨烯的生成，其主要部分为二氧化碳激光器，激光诱导的参数，包含不同复合材料使用的诱导激光功率和脉冲频率等信息，其来源是保存在中央控制系统的射频加热实验优化数据和使用该设备进行焊接获得的积累数据；
10.所述射频焊接系统包括射频信号控制系统、射频施加器、接头压力调控装置、焊接监测及反馈系统、冷风机；
11.射频信号控制系统用于生成一定频率的射频信号，通过导线连接到射频施加器的铜电容板，根据中央控制系统的命令调节功率，控制激光诱导石墨烯的生热过程，包括射频信号发生器以及射频信号放大器两部分；
12.射频施加器用于对激光诱导石墨烯施加射频信号产生的电场，使其发生介电损耗生热，该装置包括两块铜电容板和中间的绝缘陶瓷连接结构，电容板和中间的绝缘陶瓷采取机械连接以方便安装和拆卸，铜电容的形状与间距直接影响射频信号的功率密度，因而可根据需要设计铜电容板，从而调整激光诱导石墨烯的加热效率和一次加热的作用范围，射频施加器与接头压力调控装置安装在六轴机器人上，中央控制系统对六轴机器人输送指令，使射频施加器和接头压力调控装置沿着设定的焊接路径进行运动；
13.接头压力调控装置根据接头的变形情况以及焊接流程进行压力调整，使熔融树脂的高分子链更容易发生缠结，同时抑制接头树脂在受热情况下的膨胀，形成质量较好的接头；接头压力调控装置包括施压升降柱、压辊以及内部的高精度电机；
14.焊接监测与反馈系统用于实时监控激光诱导石墨烯的温度以及接头的热变形程度并将这些信息传输给中央控制系统，中央控制系统根据这些信息及时地做出反馈，包括红外测温仪和位移传感器，监测与反馈系统中，红外测温仪架设于加工平台外侧，以观察和记录焊接热源处复合材料板的温度分布，位移传感器一端放置于复合材料板顶部，一端放置于加工平台上，记录焊接过程中复合材料板发生的竖直方向位移；
15.冷风机根据中央控制系统对温度和热变形做出的反馈，辅助调节复合材料板的局部温度。在前一道熔接结束后可以加大冷风机转速，提高焊接效率。
16.一种用于激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备的运行方法，包括以下步骤：
17.步骤一：复合材料板识别和激光诱导规划，首先对复合材料板进行基本的清洗，然后放置于加工平台上等待识别摄像头对复合材料板几何参数进行识别，接着使用路径规划系统对获得的几何参数进行修正，并完成激光诱导石墨烯图案和刻蚀路径的规划，最后向六轴机器人发送编写好的激光刻蚀路径；
18.步骤二：输入激光诱导参数，从中央控制系统调用激光诱导参数数据库，向激光刻蚀系统传输激光诱导工艺参数，如激光功率、脉冲频率等；
19.步骤三：复合材料表面石墨烯的激光诱导生长，机器人带动二氧化碳激光器沿指定路径运动，激光器在复合材料板表面生成激光诱导石墨烯的烧蚀凹槽；
20.步骤四：射频施加器调整及焊接路径设计，在加工平台上对两块复合材料板采取搭接方式装夹，根据识别的几何参数，在路径规划系统中编写机器人的焊接运行路径，使机器人能够按照设计路径移动压力调控装置和射频施加器，根据复合材料的尺寸以及激光诱导石墨烯的分布方式选择合适的射频施加器，并调整射频施加器的铜电容元件位置和元件间距，使射频信号产生的电场能够作用于第一道待连接区域的起点；
21.步骤五：焊接系统的初始化设置与射频焊接，中央控制系统下达指令，设置好射频信号发生器和射频信号放大器参数、温度和变形区间，并使接头压力调控装置的电机施加初始压力，射频信号控制系统向射频施加器输出一定功率和频率的射频信号，激光诱导石墨烯在射频信号产生的电场作用下发生介电损耗生热，熔化石墨烯周围的复合材料基体，并且热量通过热传导的方式传至位于上方的复合材料板，其表层树脂受热熔化，熔融态的树脂在接头压力调控装置的作用下填充进下板的烧蚀凹槽中，产生一定的锚固效应，获得整体运动能力的高分子链相互缠结，逐步形成接头；
22.步骤六：焊接实时监控及反馈，焊接过程中，焊接监测及反馈系统的红外测温仪和位移传感器实时记录热源处的温度分布和复合材料板的竖直位移大小，将测量情况实时记录并传输至中央控制系统，中央控制系统给出相应的反馈：检测到热源位置温度未达到设定区间时，向射频信号发生器输出指令，增大射频信号功率，检测到温度超出设定区间时，减小接头压力调控装置的施压，并降低射频信号功率使热源位置温度回到设定区间内，而对于变形预计会超出设定值的情况，则同时减小功率和压力，防止变形量进一步增大，根据进一步的监测情况，当温度发生大速率的降低时，减小冷风机转速，防止接头由于降温变形产生过大的残余应力；
23.步骤七：第一道熔接工艺完成之后，压力调控装置缓慢减小压力，冷风机转速提高；
24.步骤八：在复合材料板完成连接之前，重复五至七步；
25.步骤九：完成焊接，复合材料焊接构件冷却后从加工平台上卸载并进行质量评估，质量评估结果及焊接工艺参数录入中央控制系统；
26.步骤十：关闭激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备。
27.本发明对于现有技术，至少具备如下优点及效果：
28.本发明与传统感应焊接技术相比，在不需要采购和放置额外感应元件的条件下可以实现高效率、高质量的复合材料焊接，同时可以避免由于感应元件和压力的同时存在而造成大量树脂溢出的情况；
29.本发明解决了焊接过程中温度不稳定、焊后变形大的问题，由于实时监控和调整温度及压力，在引入异质加热元件的情况下仍可以获得较高质量的连接接头；
30.本发明使用激光刻蚀的方式制备加热元件，可以满足复杂曲面的复合材料构件的焊接需求；
31.本发明的射频施加器具有结构简单、易于制造的特点，可以按需对其进行较低成本的改装，适应多种热塑性复合材料的焊接需求；
32.本发明在使用过程中可以不断更新激光诱导石墨烯图案数据库，优化焊接温度场，从而进一步提高复合材料焊接接头的质量；
33.本发明构造相对简单，技术手段简便易行，相对于现有技术具有突出的实质性进
步。
附图说明
34.图1是一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备整体结构示意图；
35.图1中编号表示：1-中央控制系统；2-识别摄像头；3-路径规划系统；4-六轴机器人；5-二氧化碳激光器；6-射频信号发生器；7-射频信号放大器；8-射频施加器；9-接头压力调控装置；10-红外测温仪；11-位移传感器；12-冷风机；13-搭接垫片；14-加工平台；15复合材料板。
36.图2是一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备工艺流程图。
37.图3是使用二氧化碳激光器在复合材料板表面刻蚀激光诱导石墨烯的加工示意图。
38.图4是接头压力调控装置9和射频施加器8的三维局部放大图，其中施压升降柱9-1和压辊9-2属于接头压力调控装置9，铜电容8-1和绝缘陶瓷连接件8-2属于射频施加器8。
具体实施方式
39.下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。
40.实施例
41.如图1所示，本发明公开了一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，包括中央控制系统1、识别摄像头2、路径规划系统3、六轴机器人4、激光刻蚀系统、射频焊接系统、复合材料板14；
42.中央控制系统连接路径规划系统3、六轴机器人4、激光刻蚀系统以及射频焊接系统的射频信号发生器6、接头压力调控装置9、焊接监测及反馈系统和冷风机12；
43.中央控制系统在整个焊接设备中起到命令传递、数据处理的作用，连接路径规划系统3、激光刻蚀系统、射频焊接系统的射频信号发生器6、接头压力调控装置9、焊接监测及反馈系统和冷风机12；
44.路径规划系统3连接识别摄像头2，用于设计激光诱导石墨烯的刻蚀图案和规划机器人4运行路径，图案基于单条激光诱导石墨烯的射频加热实验或者有限元仿真的温度分布情况进行设计，也可以从中央控制系统中保存的射频焊接案例中调用图案数据，先利用识别摄像头识别加工平台上放置的复合材料板的几何参数，再根据复合材料板的几何参数进行刻蚀图案和激光头运行路径的规划，设计完成后，数据信息传输给中央控制系统1，中央控制系统向六轴机器人4发送编写好的运行路径，并向激光刻蚀系统传输激光诱导参数；
45.激光刻蚀系统用于复合材料表面图案化激光诱导石墨烯的生成，其主要部分为二氧化碳激光器5，激光诱导的参数，包含不同复合材料使用的诱导激光功率和脉冲频率等信息，其来源是保存在中央控制系统1的射频加热实验优化数据和使用该设备进行焊接获得的积累数据；
46.所述射频焊接系统包括射频信号控制系统、射频施加器8、接头压力调控装置9、焊接监测及反馈系统、冷风机12；
47.射频信号控制系统用于生成一定频率的射频信号，通过导线连接到射频施加器8的铜电容板，根据中央控制系统1的命令调节功率，控制激光诱导石墨烯的生热过程，包括射频信号发生器6以及射频信号放大器7两部分；
48.射频施加器8用于对激光诱导石墨烯施加射频信号产生的电场，使其发生介电损耗生热，该装置包括两块铜电容板8-1和中间的绝缘陶瓷连接结构8-2，电容板8-1和中间的绝缘陶瓷8-2采取机械连接以方便安装和拆卸，铜电容8-1的形状与间距直接影响射频信号的功率密度，因而可根据需要设计铜电容板8-1，从而调整激光诱导石墨烯的加热效率和一次加热的作用范围，射频施加器8与接头压力调控装置9安装在六轴机器人4上，中央控制系统1对六轴机器人4输送指令，使射频施加器8和接头压力调控装置9沿着设定的焊接路径进行运动；
49.接头压力调控装置9根据接头的变形情况以及焊接流程进行压力调整，使熔融树脂的高分子链更容易发生缠结，同时抑制接头树脂在受热情况下的膨胀，形成质量较好的接头；接头压力调控装置9包括施压升降柱9-1、压辊9-2以及内部的高精度电机；
50.焊接监测与反馈系统用于实时监控激光诱导石墨烯的温度以及接头的热变形程度并将这些信息传输给中央控制系统1，中央控制系统1根据这些信息及时地做出反馈，包括红外测温仪10和位移传感器11，监测与反馈系统中，红外测温仪10架设于加工平台14外侧，以观察和记录焊接热源处复合材料板15的温度分布，位移传感器11一端放置于复合材料板15顶部，一端放置于加工平台14上，记录焊接过程中复合材料板15发生的竖直方向位移；
51.冷风机12根据中央控制系统1对温度和热变形做出的反馈，辅助调节复合材料板15的局部温度，在前一道熔接结束后可以加大冷风机转速，提高焊接效率。
52.一种用于激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备的运行方法，包括以下步骤：
53.步骤一：复合材料板识别和激光诱导规划，焊接材料选取碳纤维增强的聚醚醚酮基复合材料，尺寸为500mm
×
250mm
×
20mm，首先对复合材料板15进行基本的清洗，然后放置于加工平台上等待识别摄像头2对复合材料板15几何参数进行识别，接着使用路径规划系统3对获得的几何参数进行修正，并完成激光诱导石墨烯图案和刻蚀路径的规划，最后向六轴机器人4发送编写好的激光刻蚀路径；
54.步骤二：输入激光诱导参数，从中央控制系统1调用激光诱导参数数据库，向激光刻蚀系统传输激光诱导工艺参数，功率设定为8w，脉冲频率选择1000ppi(大约每厘米395次脉冲)；
55.步骤三：复合材料表面石墨烯的激光诱导生长，机器人4带动二氧化碳激光器5沿指定路径运动，激光器在复合材料板15表面生成激光诱导石墨烯的烧蚀凹槽；
56.步骤四：射频施加器调整及焊接路径设计，在复合材料板14上对两块复合材料板15采取搭接方式装夹，搭接区域尺寸为125mm
×
250mm，根据识别的几何参数，在路径规划系统3中编写机器人4的焊接运行路径，使机器人4能够按照设计路径移动压力调控装置9和射频施加器8，根据复合材料板15的尺寸以及激光诱导石墨烯的分布方式选择合适的射频施加器8，并调整射频施加器8的铜电容8-1元件位置和元件间距，使射频信号产生的电场能够作用于第一道待连接区域的起点；
57.步骤五：焊接系统的初始化设置与射频焊接，中央控制系统1下达指令，设置射频信号发生器6和射频信号放大器7参数为：射频信号功率为25w，频率120mhz、温度区间为340℃-360℃，变形区间≤0.01mm，并使接头压力调控装置9的电机施加初始压力，激光诱导石墨烯在射频信号产生的电场作用下发生介电损耗生热，熔化石墨烯周围的复合材料基体，并且热量通过热传导的方式传至位于上方的复合材料板15，其表层树脂受热熔化，熔融态的树脂在接头压力调控装置9的作用下填充进下板的烧蚀凹槽中，产生一定的锚固效应，获得整体运动能力的高分子链相互缠结，逐步形成接头；
58.步骤六：焊接实时监控及反馈，焊接过程中，焊接监测及反馈系统的红外测温仪10和位移传感器11实时记录热源处的温度分布和复合材料板15的竖直位移大小，将测量情况实时记录并传输至中央控制系统1，中央控制系统1给出相应的反馈：当温度超出设定的360℃时，减小接头压力调控装置9的施压，并向射频信号发生器6输出指令，降低射频信号功率使热源位置温度回到设定区间内，而预计变形有可能超出0.01mm时，则同时减小功率和压力，防止变形量进一步增大，根据进一步的监测情况，当温度发生大速率的降低时，减小冷风机12转速，防止接头由于降温变形产生过大的残余应力；
59.步骤七：第一道熔接工艺完成之后，压力调控装置9缓慢减小压力，冷风机12转速提高；
60.步骤八：在复合材料板15完成连接之前，重复五至七步；
61.步骤九：完成焊接，复合材料焊接构件冷却后从加工平台上卸载并进行质量评估，质量评估结果及焊接工艺参数录入中央控制系统1；
62.步骤十：关闭激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，其特征在于：包括中央控制系统、识别摄像头、路径规划系统、六轴机器人、激光刻蚀系统、射频焊接系统、加工平台；所述中央控制系统在整个焊接设备中起到命令传递、数据处理的作用，连接路径规划系统、激光刻蚀系统、射频焊接系统的射频信号发生器、接头压力调控装置、焊接监测及反馈系统和冷风机；路径规划系统连接识别摄像头，用于设计激光诱导石墨烯的刻蚀图案和规划机器人运行路径，图案基于单条激光诱导石墨烯的射频加热实验或者有限元仿真的温度分布情况进行设计，也可以从中央控制系统中保存的射频焊接案例中调用图案数据，先利用识别摄像头识别加工平台上放置的复合材料板的几何参数，再根据复合材料板的几何参数进行刻蚀图案和激光头运行路径的规划，设计完成后，数据信息传输给中央控制系统，中央控制系统向六轴机器人发送编写好的运行路径，并向激光刻蚀系统传输激光诱导参数；激光刻蚀系统用于复合材料表面图案化激光诱导石墨烯的生成，其主要部分为二氧化碳激光器，激光诱导的参数，包含不同复合材料使用的诱导激光功率和脉冲频率等信息，其来源是保存在中央控制系统的射频加热实验优化数据和使用该设备进行焊接获得的积累数据；所述射频焊接系统包括射频信号控制系统、射频施加器、接头压力调控装置、焊接监测及反馈系统、冷风机；射频信号控制系统用于生成一定频率的射频信号，通过导线连接到射频施加器的铜电容板，根据中央控制系统的命令调节功率，控制激光诱导石墨烯的生热过程，包括射频信号发生器以及射频信号放大器两部分；射频施加器用于对激光诱导石墨烯施加射频信号产生的电场，使其发生介电损耗生热，该装置包括两块铜电容板和中间的绝缘陶瓷连接结构，电容板和中间的绝缘陶瓷采取机械连接以方便安装和拆卸，铜电容的形状与间距直接影响射频信号的功率密度，因而可根据需要设计铜电容板，从而调整激光诱导石墨烯的加热效率和一次加热的作用范围，射频施加器与接头压力调控装置安装在六轴机器人上，中央控制系统对六轴机器人输送指令，使射频施加器和接头压力调控装置沿着设定的焊接路径进行运动；接头压力调控装置根据接头的变形情况以及焊接流程进行压力调整，使熔融树脂的高分子链更容易发生缠结，同时抑制接头树脂在受热情况下的膨胀，形成质量较好的接头；接头压力调控装置包括施压升降柱、压辊以及内部的高精度电机；焊接监测与反馈系统用于实时监控激光诱导石墨烯的温度以及接头的热变形程度并将这些信息传输给中央控制系统，中央控制系统根据这些信息及时地做出反馈，包括红外测温仪和位移传感器，监测与反馈系统中，红外测温仪架设于加工平台外侧，以观察和记录焊接热源处复合材料板的温度分布，位移传感器一端放置于复合材料板顶部，一端放置于加工平台上，记录焊接过程中复合材料板发生的竖直方向位移；冷风机根据中央控制系统对温度和热变形做出的反馈，辅助调节复合材料板的局部温度，在前一道熔接结束后可以加大冷风机转速，提高焊接效率。2.根据权利要求1所述一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，其特征在于：所述激光刻蚀系统根据中央控制系统传输的工艺参数，采用脉冲激光使部
分聚合物转化为石墨烯，从而在复合材料表面形成特定图案的激光诱导石墨烯，并以激光诱导石墨烯作为射频加热焊接的加热元件熔化复合材料表面的聚合物，实现熔接；由于采用的是激光对复合材料刻蚀来制备加热元件，这些加热元件的分布可以根据需要进行设计和优化，作为加热元件的激光诱导石墨烯以范德瓦尔斯力附着在复合材料的表面，使得本文所述的焊接方法可以满足复杂曲面复合材料的焊接需求。3.根据权利要求1所述一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，其特征在于：所述射频施加器通过导线接收来自射频信号控制系统设置好的射频信号，射频信号在施加器的电容元件(电极)之间形成精准且范围可控的电场，使激光诱导石墨烯在该频率范围的电场中发生分子极化，形成电偶极子，以介电损耗方式实现对复合材料的加热；整个射频施加器仅仅由电容板和连接两块电容板的绝缘陶瓷构件组成，电容板可根据需要进行设计和替换，由于电容板结构简单，材料易于获取，方便用户按自身需要对电容板进行改动。4.根据权利要求1所述一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，其特征在于：所述接头压力调控装置的压辊及施压升降柱由刚玉制造，以避免扰乱射频施加器电容板之间的电场分布。5.根据权利要求1所述一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备，其特征在于：所述接头压力调控装置内部的高精度电机接收中央控制系统的命令，准确控制施压升降柱上下运动和绕轴旋转，实现施加压力大小的调节，达到形成焊接接头的效果。6.一种用于激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备的运行方法，其特征在于采用以下步骤：步骤一：复合材料板识别和激光诱导规划，首先对复合材料板进行基本的清洗，然后放置于加工平台上等待识别摄像头对复合材料板几何参数进行识别，接着使用路径规划系统对获得的几何参数进行修正，并完成激光诱导石墨烯图案和刻蚀路径的规划，最后向六轴机器人发送编写好的激光刻蚀路径；步骤二：输入激光诱导参数，从中央控制系统调用激光诱导参数数据库，向激光刻蚀系统传输激光诱导工艺参数，如激光功率、脉冲频率等；步骤三：复合材料表面石墨烯的激光诱导生长，机器人带动二氧化碳激光器沿指定路径运动，激光器在复合材料板表面生成激光诱导石墨烯的烧蚀凹槽；步骤四：射频施加器调整及焊接路径设计，在加工平台上对两块复合材料板采取搭接方式装夹，根据识别的几何参数，在路径规划系统中编写机器人的焊接运行路径，使机器人能够按照设计路径移动压力调控装置和射频施加器，根据复合材料的尺寸以及激光诱导石墨烯的分布方式选择合适的射频施加器，并调整射频施加器的铜电容元件位置和元件间距，使射频信号产生的电场能够作用于第一道待连接区域的起点；步骤五：焊接系统的初始化设置与射频焊接，中央控制系统下达指令，设置好射频信号发生器和射频信号放大器参数、温度和变形区间，并使接头压力调控装置的电机施加初始压力，射频信号控制系统向射频施加器输出一定功率和频率的射频信号，激光诱导石墨烯在射频信号产生的电场作用下发生介电损耗生热，熔化石墨烯周围的复合材料基体，并且
热量通过热传导的方式传至位于上方的复合材料板，其表层树脂受热熔化，熔融态的树脂在接头压力调控装置的作用下填充进下板的烧蚀凹槽中，产生一定的锚固效应，获得整体运动能力的高分子链相互缠结，逐步形成接头；步骤六：焊接实时监控及反馈，焊接过程中，焊接监测及反馈系统的红外测温仪和位移传感器实时记录热源处的温度分布和复合材料板的竖直位移大小，将测量情况实时记录并传输至中央控制系统，中央控制系统给出相应的反馈：检测到热源位置温度未达到设定区间时，向射频信号发生器输出指令，增大射频信号功率，检测到温度超出设定区间时，减小接头压力调控装置的施压，并降低射频信号功率使热源位置温度回到设定区间内，而对于变形预计会超出设定值的情况，则同时减小功率和压力，防止变形量进一步增大，根据进一步的监测情况，当温度发生大速率的降低时，减小冷风机转速，防止接头由于降温变形产生过大的残余应力；步骤七：第一道熔接工艺完成之后，压力调控装置缓慢减小压力，冷风机转速提高；步骤八：在复合材料板完成连接之前，重复五至七步；步骤九：完成焊接，复合材料焊接构件冷却后从加工平台上卸载并进行质量评估，质量评估结果及焊接工艺参数录入中央控制系统；步骤十：关闭激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备。
技术总结本发明公开了一种激光诱导石墨烯作为加热元件的热塑性复合材料焊接设备；包括中央控制系统、识别摄像头、路径规划系统、六轴机器人、激光刻蚀系统、射频焊接系统、加工平台。中央控制系统储存工艺参数和发送命令；路径规划系统接收识别摄像头的识别结果，规划六轴机器人的运行路径；激光刻蚀系统可以在复合材料表面生成激光诱导石墨烯；射频焊接系统实时监控热源位置温度和复合材料板的竖直方向变形并向中央控制系统输出数据，再通过调节射频信号的功率、连接部位的压力以及冷风机转速实现复合材料板的焊接。本发明可适应多种热塑性树脂基复合材料的焊接工艺和满足复杂曲面复合材料构件的焊接需求，射频施加器较为简单的结构使其便于按需改装。使其便于按需改装。使其便于按需改装。
技术研发人员：李斌斌 高景民 占小红 钱晟晖 孙聪
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/7/5
