用于熱塑性復合材料的焊接或熔化連接工藝可以分為5個步驟:表面處理，加熱，熱壓，擴散和冷卻。

(1)表面處理

對于熱塑性材料，由于表面涂有脫膜劑,表面處理是很重要的。一般來說 ，臟的表面可以用機械的或化學方法來處理,除非需要保留表面的結構。通常，好采用非轉移的脫膜劑以免需要表面處理。Benatan和Gutowski研究了采用Frekote 34對焊接的影響,發現如果處理得當,滲透到零件表面內的少量脫膜劑對焊接沒有影響。

(2)加熱

熱塑性復合材料加熱有多種方式,具吸引力的技術是只在連接接頭附近加熱熔化復合材料的表面。對于石墨類的復合材料,由于纖維具有良好的導熱性,熱量會很快傳出加熱區。有限元法和有限差分法都可以用來預測各向異性復合材料的熱傳導。對于熱塑性石墨類纖維復合材料,由于熱傳導流出連接區域從而導致了加熱本質上的復雜化。如果熱塑性的復合材料在無壓力條件下加熱熔化，纖維中貯存的應變能會導致材料扭曲和疏松。因此,焊接加熱時必須使零件適當支撐，以減小這些不必要的影響。

(3)加壓

對加熱的零件加壓可消除表面的不平整并使界面產生緊密接觸，這一過程由擠壓流動機理控制，排放好的纖維在黏性基體中的擠壓流動可以用指數率流動描述。然而,由于復合材料表面的不規則、非均勻溫度場以及滯留的氣泡,要想完全描述這一過程是非常復雜的。為了更容易形成聚合物一聚合物間界面的緊密接觸，好在復 合材料表面加一富樹脂層。

(4)分子間擴散

結合表面間的分子擴散和分子鏈間的纏繞,產生了焊接強度。Woo等仔細研究了分子間的擴散過程,他們采用表象模型描述聚合物裂紋愈合過程中的鏈擴散。雖然這一過程非常復雜,但可以簡化為如下過程:對于非晶態聚合物，擴散時間依賴于材料溫度和與玻璃化溫度的差別。對于半晶態聚合物,分子間的擴散只有在超過熔化溫度才會發生。因為熔化溫度明顯高于玻璃化溫度,擴散時間很短，估計半晶態PEEK和聚合物的擴散時間與加熱與加壓時間相比是瞬間的。

(5)冷卻

冷卻是焊接工藝的后一步,這時熱塑性材料重新硬化一保持零件和連接結構-體化。冷卻時所加載荷-定要保持到基體材料足已抵抗軟化和扭曲為止,這是很重要的。在這一步里，半晶基體重新結晶并形成了終的微結構，微結構對基體和復合材料的性能都有影響。一般，結晶使基體有耐溶劑的能力,且晶粒的尺寸影響復合材料的力學性能。對于PEEK(也許還有其他聚合物材料)材料來說，結晶特性可以用Avrami動力學方程來描述。Blundell和Osborn研究 了PEEK中晶粒的生長;他們確定了超過700C/min的冷卻速度時，晶粒增長被明顯限制了，因而也就降低了抗溶劑能力。當冷卻速度低于10°C/min時，他們發現結晶度提高了35%左右,這形成了一種影響零件的力學性能的形態結構。

已有很多種可用于熱塑性材料的焊接方法, Benalar回顧了很多用于石墨纖維熱塑性復合材料的焊接方法。

(1)加熱板焊接

在這種焊接方法中,零件與加熱板接觸，在表層軟化后,移去加熱板,然后將零件壓在一起。由于這種方法表面冷卻很快,尤其是對于碳纖維復合材料,這項技術只適用于小零件焊接。

(2)介電/微波加熱

介電和微波經常用做加熱或熔化熱塑性材料。根據電磁場的頻率和分子的特征頻率,分子可以被多種方法激振。分子運動導致能量耗散，材料被加熱。因此,這項技術可用于除石墨增強材料外的所有熱塑性材料。由于石墨纖維加入聚合物材料后形成可導電材料,從而屏蔽了電磁場對膠接面的作用。介電加熱的工作頻率比微波低,約為1~ 100MHz ,在這個頻段，石墨復合材料的屏蔽較低。因此，它可以穿透復合材料,只加熱膠接界面。然而,由于石墨復合材料的導熱性良好，這種工藝只能對復合材料稍有加熱或者無加熱效果。

(3)紅外激光加熱

紅外爐也是塑料加壓操作前加熱的常用方法,激光和紅外加熱都是由于電磁輻射被表面吸收而加熱的。膠接表面置于激光或紅外燈下輻照直至熱塑性材料熔化，然后迅速對齊零件并壓合在一起，直至熱塑性材料冷卻并固化。這種問題可通過采用自動化工藝來解決，或者用于小型零件的膠接。

(4)熱插片或螺釘

熱插片或加熱螺釘可以用于復合材料機械緊固，然后通過感應加熱插片或螺釘(來使其周圍的熱塑性材料熔化而焊接零件)。選擇盡可能小的插片或者釘，可以把機械固定造成的損傷減小到小程度。理論上，這種機械緊固和焊接相結合的方法應比單純熔化焊接具有更好的連接效果。

(5)摩擦-慣性焊接

摩擦一慣性焊接需要通過摩擦來實現對零件的加熱。典型的摩擦焊接是將一個零件固定,而將另一個零件壓緊在固定件的表面并旋轉。這種方法適用于大批生產的筒形件。有時旋轉會造成纖維偏向,這可通過在膠接面上加一厚樹脂層的方法來解決。

(6)振動焊接

振動焊接(也叫線性摩擦焊)是另-種形式的摩擦焊。通過一個零件相對于另一個靜止零件往復線性運動產生摩擦。這項技術可用于小型或中型零件的焊接。同樣，運動會導致纖維偏向,也可通過在膠接面上加一厚樹脂層的方法來減小這種偏向。

(7)電阻焊

電阻焊通過對一個電阻單元施加電流而完成的。如果電阻單元放置在膠接界面上,就可以用來加熱并熔化熱塑性材料來粘接零件。由于加熱單元嵌留在膠接界面上，因此，重要的是加熱材料要與復合材料相匹配。因此,單向石墨纖維預浸帶可以用做電阻單元。實驗方面，Houghton給出可以在兩層熱塑性膜中間加入預浸料形成夾層，可以提高膠接強度。這兩層熱塑性膜可以起到一定的熱絕緣作用同時可作為易變形層而在層間更快地形成親和接觸。Holmes等人發展了能量選擇方法來優化加熱功率和加熱單元的尺寸,考慮了能源供應的限制和熱均勻性后,基于能源選擇法的基礎,可以判定用一步工藝進行大面積電阻焊需要相當大的負載和能源需求，因此，通過把膠接區分成多段,并將每段進行適當的控制，可以開發出一種自動序列電阻焊工藝以增加熱均勻性。

(8)感應焊

感應焊的基本原理是基于導體在磁場中產生感應電流。由于材料內存在電阻會導致熱耗散。加熱單元埋留在膠接界面,因此,要求它和復合材料相匹配是很重要的。磁場可以用來加熱石墨纖維和帶鎳涂層的石墨纖維。例如,采用熱塑性預浸料和帶鎳涂層的石墨纖維進行焊接試驗,在兩層聚合物膜之間夾層的加熱單元,可以形成好的膠接(膠接強度可達到層間剪切強度的50%)。

(9)超聲焊

超聲焊是一種由震動能弓|起表面激振而耗散成熱能,從而導致表面熔化而流動來粘接零件。通常為了控制工藝，在焊接的零件之一的表面制造形成凹凸面(稱為聚能帶或導能帶)。被黏熱塑性復合材料其中之-被制成帶三角形的純熱塑性塑料的突棱來作為導能帶,進行復合材料的焊接。

焊接與膠接的構型非常相似，針對膠接的討論可以直接用于焊接。焊接連接分析可以用與機械連接和膠接相同的失效判據。

從復合材料結構整體性、可靠性和經濟性方面講 ，構成較高成本部件或組裝件的復合材料終裝配結構對復合材料非常重要,近一些與裝配工藝相關的事故引起了人們的極大關注,并使業界意識到由裝配造成損傷的潛在可能性。

復合材料裝配中多次出現的問題都與公差帶密切相關,例如，在復合材料機翼結構中,蒙皮與底層結構之間存在的較大間隙在裝配擰緊時會貼合起來，在一些情況下一些區域會引起嚴重的分層。這種作用力是未填充的間隙相互靠近而形成的，對相對柔性的蒙皮來講,會引起集中彎曲變形,相應的載荷則垂直于蒙皮平面。通常情況下損傷發展的分層程度依賴于蒙皮和底層結構的相對剛度，但是主要的還是裝配后檢測損傷的能力。

防止裝配弓|起的這些常見損傷的措施是存在的，但在生產環境條件下執行起來成本會很高，而且需要認真的監控。這些潛在的措施包括：用適當的墊片填充間隙；根據特定的形狀，將加工面從外模線(OML)變至內模線，或反之；更精確控制擰緊力矩；改進預裝配檢查和測量儀器；發展允許更寬公差的緊固件設計。膠接結構中也存在類似的損傷問題，無論是二次膠接，還是共固化，而且其后果更為嚴重。在裝配過程中或者在使用環境條件下,膠接接頭的殘余應力狀態會發生變化，從而導致膠層的共聚破壞。