碳纤维增强热塑性复合材料磁通集中器感应焊接的温度场调控与工艺优化研究

针对碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)感应焊接中温度场不均导致接头强度下降的问题，研究人员提出聚焦感应焊接法(FIWM)，通过引入圆柱形永磁体作为磁通集中器(MFC)，结合电磁-热多物理场模型与粒子群优化(PSO)算法，将温度梯度从123.89°C降至49.68°C，有效焊接面积提升至1900.3 mm2，接头强度达36.09±1.44 MPa，为高性能复合材料焊接提供了新思路。

　　

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的感应焊接技术凭借高效、非接触等优势成为行业焦点，但焊接区温度场不均匀性严重制约接头强度。为此，聚焦感应焊接法(Focused Induction Welding Method, FIWM)横空出世，通过磁通集中器(Magnetic Flux Concentrator, MFC)——一种圆柱形永磁体的巧妙引入，实现了磁场能量的精准调控。研究团队构建了三维电磁-热多物理场耦合模型，结合实验验证揭示了温度分布规律。基于代理模型和粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法，成功将温度梯度从123.89°C优化至49.68°C，有效焊接面积从41.0 mm²跃升至1900.3 mm²。单搭接剪切测试显示，焊接接头强度达到36.09±1.44 MPa，犹如给复合材料焊接装上了"温度调节器"，为航空航天等领域的轻量化制造提供了新范式。