Ultrasonic Welding de cupons termoplástica composta de Mecânica Caracterização de Juntas Soldadas através Individual Sobreposição Testing

Os materiais compósitos termoplásticos (TPC) tem a capacidade de ser soldado, o que contribui para a sua fabricação rentável. Soldadura requer aquecimento local sob pressão para amolecer ou fundir a resina termoplástica das superfícies de união e para permitir o contacto íntimo e subsequente inter-difusão de cadeias de polímeros termoplásticos em toda a interface de soldadura. Uma vez inter-difusão molecular é alcançado, o arrefecimento sob pressão consolida a junta soldada. Várias técnicas de soldagem são aplicáveis ​​aos compósitos termoplásticos que diferem principalmente na fonte de calor ^1, no entanto, o principal mecanismo de "adesão", isto é, o entrelaçamento molecular, permanece inalterada. soldadura ultra-sónica oferece tempos muito curtos de soldadura (na ordem de alguns segundos), a facilidade de automatização e que é praticamente independente do tipo de reforço nos substratos compósitos termoplásticos. Além disso, oferece a possibilidade de monitoramento in situ ^2,3 </sup>, Que pode ser usado no controle de qualidade de linha ou para a definição rápida de janelas de processamento ^4. Soldagem ultra-sônica de compósitos termoplásticos é principalmente um processo de soldadura por pontos, soldadura bem sucedida no entanto de costuras mais longas através de soldadura ultra-sónica sequencial tem sido relatado na literatura ^5. Em oposição à resistência à indução ou de soldadura, soldadura ultra-sónica não foi aplicado industrialmente para juntas estruturais entre as partes compósitas termoplásticas até agora. No entanto, um esforço significativo está sendo dedicada a promover o desenvolvimento de soldagem ultra-sônica estrutural dos compósitos termoplásticos para aplicações de aeronaves.

Na soldadura ultra-sónica, as partes a serem juntas são submetidas a uma combinação de força estática e de alta frequência, vibrações mecânicas de baixa amplitude transversal à interface de soldadura, o que resulta na geração de calor através da superfície de aquecimento e viscoelástico. aquecimento preferencial na interface da soldadura é promovidaatravés da utilização de protuberâncias de resina sobre as superfícies a serem soldadas que passam por maior estirpe cíclico, e aquecimento, assim, maior viscoelástico, que os substratos ^6. Força e vibração são exercida sobre as peças a serem soldadas por meio de um sonotrodo ligado a uma prensa e um trem de ultra-sónico que consiste de piezo eléctrico e conversor de reforço. Dependendo da distância entre o ponto em que os contactos sonotrodo a peça a ser unida e a interface de soldadura, uma distinção pode ser feita entre de campo próximo e de campo distante soldadura ultra-sónica. De campo próximo de soldadura (menos de 6 mm entre sonotrodo e interface de soldadura) é aplicável a uma ampla gama de materiais, enquanto a aplicabilidade de soldadura de campo distante a um material termoplástico específico é muito dependente da capacidade do material para conduzir as ondas sonoras ⁶ .

O processo de soldadura ultra-sónica pode ser dividida em três fases principais. Em primeiro lugar, uma fase de força build-up, durante o qual o sonotroaumenta gradualmente de a força sobre as peças a soldar até uma certa força de gatilho for atingido. Sem vibração é aplicada durante esta fase. Em segundo lugar, uma fase de vibração, a qual começa quando a força de gatilho for atingido. Nesta fase, o sonotrodo vibra na amplitude prescrita para uma certa quantidade de tempo, gerando o calor necessário para o processo de soldagem. Controlado por microprocessador soldadores ultra-sons proporcionam várias opções para controlar a duração da fase de vibração, entre eles o tempo (ou seja, o controlo directo), ou o deslocamento de energia (controlo indirecto). A força aplicada durante esta fase, isto é, a força de soldadura, pode ser mantida constante e igual à força de disparo ou pode ser gradualmente variada durante a aplicação da vibração. Em terceiro lugar, uma fase de solidificação, durante o qual as peças soldadas são arrefecidos à temperatura ambiente sob uma certa força de solidificação de uma certa quantidade de tempo. Sem vibração é aplicada durante esta última fase.

fo soldagemRCE, amplitude de vibração, frequência de vibração e duração da fase de vibração (directa ou indirectamente controlada por meio de energia ou deslocamento) são os parâmetros de soldagem que controlam a geração de calor. Força, amplitude e duração são parâmetros definidos pelo usuário, enquanto que a frequência é fixado para cada soldador ultra-sônica. força de solidificação e tempo de solidificação, também parâmetros de soldadura, não se intervir no processo de aquecimento, mas afectar a consolidação e, em conjunto com o resto dos parâmetros, a qualidade final das juntas soldadas.

Este trabalho apresenta um método simples da novela para near-field soldagem ultra-sônica de cupons TPC individuais numa única configuração de volta para a subsequente, tesoura mecânica única volta (LSS), o teste seguinte ASTM (American Society for Testing and Materials) D 1002 standard. Os testes mecânicos dos cupões soldadas permite determinar a força de corte aparente volta das articulações, o que é uma das propriedades mais commapenas utilizado para quantificar a força de compósitos termoplásticos juntas soldadas ^7. O método de soldagem descrito neste documento é baseado em três pilares principais. Em primeiro lugar, directores de energia plana soltos são usados ​​para geração de calor preferencial na interface juntar ^8,9 durante o processo de soldagem. Em segundo lugar, o tratamento dos dados fornecidos pelo soldador de ultra-sons é usado para definir rapidamente o tempo óptimo da fase de vibração para uma força específica / combinação amplitude de ^2,4. Em terceiro lugar, a duração da fase de vibração é controlada indirectamente por meio do deslocamento do sonotrodo, de modo a garantir uma qualidade consistente das juntas soldadas ^4. Este método de soldagem oferece as seguintes novidades principais e vantagens com relação a procedimentos de soldagem state-of-the-art para compósitos termoplásticos: (a) preparação de amostras simplificado habilitado pelo uso de administração de energia planas soltos em vez de directores de energia moldados tradicionais ^3, e (b) e c rápidodefinição ost-eficiente dos parâmetros de processamento com base no monitoramento de processos in-situ, em oposição às abordagens de tentativa e erro comuns. Embora o método descrito neste trabalho é voltado para a obtenção de uma geometria muito específica e simples de solda que pode servir de base para definir um procedimento para a soldagem de peças reais. A principal diferença, nesse caso, resulta de fluxo restrita do diretor de energia em oposição ao fluxo irrestrito nas quatro bordas da sobreposição de cupons de sobreposição simples.