Termoplastiske kompositter (TPC) har evnen til å bli sveiset, noe som bidrar til deres kostnadseffektiv produksjon. Sveising krever lokal oppvarming under trykk for å mykne eller smelte den termoplastiske harpiks av sammenføringsflatene og for å muliggjøre intim kontakt og etterfølgende inter-diffusjon av termoplastiske polymerkjeder på tvers av sveisegrensesnittet. Når molekylær inter-diffusjon er oppnådd, kjøles ned under press konsoliderer sveisen. Flere sveiseteknikker kan anvendes på termoplastiske kompositter som avviker hovedsakelig i varmekilden ^en imidlertid den viktigste "adhesjon" mekanisme, dvs. molekylær sammenfiltring, forblir uendret. Ultralydsveising gir meget korte sveisetider (i størrelsesorden noen få sekunder), lett automatisering, og det er praktisk talt uavhengig av den type av armering i de termoplastiske kompositt substrater. Dessuten gir den deg mulighet for in situ overvåkning ^2,3 </sup>, Som kan anvendes for i linje kvalitetssikring eller for hurtig definisjon av prosess vinduer ^4. Ultralyd sveising av termo kompositter er stort sett et sted sveiseprosess, men vellykket sveising av lengre sømmer gjennom sekvensiell ultralyd sveising har blitt rapportert i litteraturen ^5. I motsetning til resistens eller induksjonssveising, ultrasonisk sveising er ikke blitt industrielt anvendt for strukturelle skjøter mellom termoplastiske komposittdeler så langt. Likevel er betydelig innsats for tiden viet til videreutvikling av strukturelle ultralyd sveising av termo blandinger for fly programmer.

I ultrasonisk sveising, vil delene som skal sammenføyes utsettes for en kombinasjon av statisk styrke og høyfrekvente lav-amplitude mekaniske vibrasjoner på tvers av sveise grensesnitt, noe som resulterer i varmegenerering gjennom overflaten og viskoelastiske oppvarming. Fortrinnsrett oppvarming ved sveising grensesnittet er forfremmetved bruk av harpiksfremspring på overflatene som skal sveises som gjennomgår høyere syklisk belastning, og dermed høyere viskoelastiske oppvarming, enn substratene ^6. Kraft og vibrasjon utøves på de delene som skal sveises gjennom en sonotrode som er koblet til en presse og en ultralyd tog bestående av piezo elektrisk omformer og forsterker. Avhengig av avstanden mellom punktet hvor sonotrode i kontakt med den del som skal sammenføyes og sveisegrensesnittet, kan det skilles mellom nær-felt og fjernfeltet ultralydsveising. Nærfeltet sveising (mindre enn 6 mm mellom sonotroden og sveising grensesnitt) er anvendelig til et bredere spekter av materialer, mens anvendeligheten av fjernfeltet sveising til en spesifikk termoplastisk materiale som er sterkt avhengig av materialets evne til å gjennomføre lydbølger ⁶ .

Den ultrasoniske sveiseprosessen kan deles inn i tre hovedfaser. For det første, en kraft oppbyggingsfase, der sonotrode gradvis øker kraften på de delene som skal sveises til en viss trigger kraft er nådd. Ingen vibrasjon blir påført i denne fasen. For det andre, en vibrasjon fase, som starter en gang avtrekkeren kraft er nådd. I denne fasen sonotrode vibrerer med den foreskrevet amplitude i en viss tid å generere den varmen som er nødvendig for sveiseprosessen. Mikroprosessorstyrt ultralyd sveise gir flere muligheter for å kontrollere varigheten av vibrasjons fase, blant dem tid (dvs. direkte kontroll), forskyvning eller energi (indirekte kontroll). Den kraft som utøves under denne fase, det vil si, sveisekraften kan holdes konstant og lik trigger kraft eller kan gradvis varieres under påføring av vibrasjon. For det tredje, til en størkningsfase, hvor de sveisede deler er tillatt avkjølt under en viss størkning kraft for en viss tid. Ingen vibrasjon blir påført i løpet av denne siste fasen.

sveise~~POS=TRUNC foRCE, vibrasjonsamplitude, vibrasjonsfrekvens og varighet av vibrasjonsfasen (enten direkte eller indirekte styres ved hjelp av energi eller forskyvning) er sveiseparameterne som styrer varmeutvikling. Force, amplitude og varighet er brukerdefinerte parametere, mens frekvensen er fast for hver ultralyd sveising. Størkning kraft og størkning tid, også sveiseparametre, ikke griper inn i oppvarmingsprosessen, men påvirker konsolidering og, sammen med resten av parametrene, den endelige kvaliteten av sveisede skjøter.

Dette notatet presenterer en ny grei metode for nær-feltet ultralyd sveising av individuelle TPC kuponger i en enkelt runde konfigurasjon for påfølgende mekanisk, enkelt runde skjær (LSS), testing etter ASTM (American Society for Testing og Materials) D 1002 standard. Mekanisk testing av de sveisede kuponger tillater å bestemme den tilsynelatende runde skjærstyrke av leddene, som er en av egenskapene mest commbare brukt til å kvantifisere styrken av termoplastkompositt sveisede skjøter ^7. Sveise metoden beskrevet i denne artikkelen er basert på tre hovedpilarer. For det første er løse flat energi styremedlemmer brukes til fortrinnsrett varmeutvikling ved å bli med grensesnittet ^8,9 under sveiseprosessen. For det andre, blir prosessdataene levert av den ultrasoniske sveiseren brukes til raskt å definere den optimale varigheten av vibrasjonsfasen for en bestemt kraft / amplitude kombinert ^2,4. For det tredje, er varigheten av vibrasjonsfasen indirekte styres ved forskyvningen av det sonotrode for å sikre jevn kvalitet av sveiseskjøter ^4. Denne sveisemetoden har følgende hoved nyheter og fordeler med hensyn til state-of-the-art sveiseprosedyrer for termo kompositter: (a) forenklet prøveopparbeidelse aktivert ved bruk av løse flate energi styremedlemmer i stedet for tradisjonelle støpte energi regissører ^3, og (b) rask og cost effektive definisjon av prosessparametre basert på in-situ prosessovervåking i motsetning til vanlige prøving og feiling tilnærminger. Selv om fremgangsmåten som er beskrevet i dette dokumentet er rettet mot oppnåelse av en meget spesifikk og enkel sveising geometri kan det tjene som et grunnlag for å definere en fremgangsmåte for sveising av selve delene. En hovedforskjell i dette tilfelle er et resultat av anstrengt flyten av energi leder, i motsetning til fri strømning ved de fire kanter av overlappingen i enkle runde kuponger.