关键词：热塑性复合材料；感应焊接; 碳纤维单向带（UD）
与热固性基体复合材料不同，热塑性复合材料（Thermoplastic Composites, TPC）在加工过程中无需复杂的化学反应，也不需要漫长的固化周期，从而显著提高了制造效率。此外，热塑性预浸料无需低温储存，其保质期几乎可视为无限。在航空航天领域，TPC 主要采用高性能聚合物基体，包括聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）和聚芳酮（PAEK）。这些材料在成品部件中表现出优异的损伤容限，同时具备较高的耐湿性和耐化学性，使其在高温高湿环境下仍能保持稳定的力学性能。此外，由于其可重新熔融的特性，TPC 在维修及退役回收方面具有潜在优势。
然而，推动 TPC 在航空航天应用发展的核心驱动力可能在于其通过熔接或焊接实现部件连接的能力。这一特性为传统热固性复合材料（Thermoset Composites, TSC）的连接方式（如机械紧固和胶粘剂粘接）提供了一种极具吸引力的替代方案，从而有望提升装配效率并降低结构重量。
图1 机身面板演示器以及航空设备架
来源：KVE Composites 和 CW，Ginger Gardiner
KVE Composites Group（荷兰海牙） 自 2000 年代初开始致力于感应焊接技术的研究与开发。其核心技术是通过沿焊缝移动感应线圈，在具有固有导电性的碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）层压板中感应出涡流，从而产生热量并熔化热塑性基体，实现焊接连接。KVE 的研发路径遵循“构建块方法”，从单搭接剪切试样开始，逐步扩展到 L 形接头、T 形接头、基本结构，最终应用于升降舵和方向舵等复杂航空部件。
图2 感应焊接装置
图片来源：TPRC 和 KVE Composites
KVE 在开发感应焊接技术的同时，还并行推进了计算机仿真技术的研发。仿真工具能够预测焊接过程中外表面和焊接界面的温度分布，帮助优化热管理，避免局部过热。
KVE 在感应焊接技术的工业化进程中，逐步从碳纤维织物扩展到单向（UD）带的应用。然而，UD 胶带的纤维取向单一，导致涡流加热机制效率降低，需要更高的功率和更复杂的工艺控制。为此，KVE 与南卡罗来纳大学麦克奈尔中心的 Michel van Tooren 博士合作，开发了基于纤维和聚合物导电性、导热性以及部件几何形状的仿真工具，以优化焊接参数并预测焊接性能。通过量化 UD 胶带与织物层压板在堆叠顺序、树脂含量等方面的差异，KVE 成功将焊接预测偏差从 40% 降低至 10%，接近碳纤维织物/PPS 的高精度水平。
