Ultrasoon lassen van thermoplastische composietmaterialen Coupons voor mechanische karakterisatie van lasverbindingen door middel van Single Lap Shear Testing

Introduction

Thermoplastische composieten (TPC) de mogelijkheid te lassen, wat bijdraagt ​​aan de kosten-efficiënte productie. Lassen vereist lokale verhitting onder druk te verweken of smelten van de thermoplastische hars van de verbindingsoppervlakken en om voor innig contact en daaropvolgende inter-diffusie van thermoplastische polymeerketens in het lassen interface. Zodra moleculaire inter-diffusie wordt bereikt, het afkoelen onder druk consolideert de lasverbinding. Verschillende lastechnieken zijn toepasbaar op thermoplastische composieten die hoofdzakelijk qua warmtebron ^1, echter in de eerste "hechting" mechanisme, dat wil zeggen, moleculaire verstrengeling, blijft ongewijzigd. Ultrasoon lassen biedt zeer korte lastijden (in de orde van enkele seconden), gemakkelijke automatisering en het is nagenoeg onafhankelijk van het type wapening in de thermoplastische composiet substraten. Bovendien biedt het de mogelijkheid om in situ het toezicht op ^2,3 4. Ultrasoon lassen van thermoplastische composieten is meestal een puntlassen proces, hoe succesvol lassen van naden meer door middel van sequentiële ultrasoon lassen is in de literatuur ^5. In tegenstelling tot weerstand of inductie lassen, ultrasoon lassen is niet industrieel toegepast voor structurele verbindingen tussen thermoplastische composiet onderdelen tot nu toe. Toch is nog aanzienlijke inspanningen besteed aan de ontwikkeling van structurele ultrasoon lassen van thermoplastische composieten voor luchtvaarttoepassingen bevorderen.

In ultrasoon lassen, worden de te verbinden delen onderworpen aan een combinatie van statische kracht en hoogfrequente lage amplitude mechanische trillingen dwars op de las-interface, waardoor warmteontwikkeling door bovengrondse en viscoelastische verwarming. Preferentiële verhitting bij het lassen interface bevorderddoor het gebruik van hars uitsteeksels op de te lassen oppervlakken die dus hogere viscoelastische verwarming hoger cyclische belasting ondergaan, en dan de substraten ^6. Force en trillingen worden uitgeoefend op de te lassen delen door middel van een sonotrode verbonden met een pers en een ultrasone trein bestaande uit piëzo-elektrische converter en booster. Afhankelijk van de afstand tussen het punt waar de sonotrode contact komt met het te verbinden onderdeel en het lassen interface kan een onderscheid worden gemaakt tussen nabije-veld en verre-veld ultrasoon lassen. Nabije veld lassen (minder dan 6 mm tussen de sonotrode en lassen interface) is toepasbaar op een groter aantal materialen, terwijl de toepasbaarheid van verre veld lassen een specifiek thermoplastisch materiaal is sterk afhankelijk van het vermogen van het materiaal om geluidsgolven ⁶ voeren .

De ultrasone lasproces kan worden onderverdeeld in drie fasen. Enerzijds een kracht opbouwfase, waarin de sonotrode geleidelijk verhoogt de kracht op de te lassen delen tot een bepaalde kracht op de trekker wordt bereikt. Geen trilling wordt toegepast tijdens deze fase. Ten tweede, een trilling fase, die begint zodra de kracht op de trekker wordt bereikt. In deze fase trilt de sonotrode op de voorgeschreven amplitude gedurende een bepaalde tijd genereren van de benodigde warmte voor het lasproces. Microprocessor gestuurde ultrasone lassers bieden verschillende opties om de duur van de trillingen fase, onder hen de tijd (dwz directe controle), verplaatsing of energie (indirecte controle) te controleren. De toegepaste druk tijdens deze fase, namelijk lassen kracht kan constant en gelijk aan de kracht op de trekker gehouden of geleidelijk gevarieerd tijdens het aanbrengen van de trillingen. Ten derde, een stolling fase, waarin de gelaste delen afkoelen onder een bepaalde stolling kracht voor een bepaalde tijd. Geen trilling wordt toegepast tijdens de laatste fase.

lassen foRCE, vibratie amplitude, trillingsfrequentie en de duur van de vibratie fase (direct of indirect gecontroleerd door middel van energie of verplaatsing) zijn de lasparameters dat warmteopwekking controleren. Force, amplitude en duur zijn door de gebruiker gedefinieerde parameters, terwijl de frequentie voor elke ultrasone lasser wordt bevestigd. Stolling kracht en stollingstijd, ook lasparameters, niet ingrijpen in de verwarming proces, maar van invloed op de consolidatie en, samen met de rest van de parameters, de uiteindelijke kwaliteit van de lasverbindingen.

Dit artikel presenteert een nieuwe eenvoudige methode voor het near-field ultrasoon lassen van de individuele TPC coupons in één ronde configuratie voor latere mechanische, enkele lap shear (LSS), testen volgens ASTM (American Society for Testing and Materials) D 1002 norm. Mechanische testen van de gelaste coupons maakt de bepaling van de schijnbare schuifsterkte van de gewrichten, die een van de eigenschappen meest commalleen gebruikt om de sterkte van thermoplastische composiet lasnaden ⁷ kwantificeren. De lasmethode beschreven in dit document is gebaseerd op drie pijlers. Ten eerste worden losse platte energieregelaars voor preferentiële warmteopwekking in de voegovergang ^8,9 tijdens het lasproces. Ten tweede is het proces gegevens van de ultrasone lasser gebruikt om de optimale duur van de vibratie fase snel definiëren voor een bepaalde kracht / amplitude combinatie ^2,4. Ten derde wordt de duur van de vibratie fase indirect bestuurd door de verplaatsing van de sonotrode om constante kwaliteit van de lasverbindingen ⁴ garanderen. Deze lasmethode heeft de volgende belangrijkste nieuwe en voordelen met betrekking tot lasprocedures state-of-the-art voor thermoplastische composieten: (a) vereenvoudigde monstervoorbereiding mogelijk gemaakt door het gebruik van losse vlakke energieregelaars plaats van traditionele gevormde energieregelaars ^3, en (b) snel en cost-efficiënte definitie van technische parameters op basis van in-situ procesbewaking, in tegenstelling tot gewone trial and error benaderingen. Hoewel de in dit document beschreven werkwijze is gericht op het verkrijgen van een zeer specifiek en eenvoudig lassen geometrie kan als basis dienen voor een procedure definiëren voor het lassen van werkelijke onderdelen. Een belangrijk verschil in dat geval resulteert uit constrained stroom van de energieregelaar tegenover onbeperkte stroom bij de vier hoeken van de overlap in één ronde coupons.

Protocol

1. Specimen Scherpe en voorbereiding voor ultrasoon lassen

1. Snijd rechthoekige monsters meet 25,4 mm x 101,6 mm groter thermoplastisch composiet laminaat met een snij techniek die delaminering van de randen van de monsters (bijvoorbeeld diamantachtige zaag of waterstraalsnijden) voorkomt.
   Opmerking: De afmetingen van de monsters zijn gebaseerd op ASTM D 1002 norm.
   1. Aangezien sterkte van de lasverbindingen is afhankelijk van de vezeloriëntatie van de te lassen oppervlakken ^10, zorg om alle monsters in dezelfde richting snijden.
2. Na het snijden droge monsters in een oven volgens de aanbevelingen van de fabrikant bij de thermoplastische hars de neiging om vocht te absorberen (bijvoorbeeld 6 uur bij 135 ° C gedurende zes lagen carbon vezelversterkte polyetherimide, CF / PEI, samples).
3. Snijd flat energie directeuren gemaakt van nette thermoplastische film (dezelfde hars als matrix in de composite) op maat (ongeveer 26 mm x 26 mm) met een dikte van tenminste 0,25 mm. Indien nodig, droogt de energie-directeur volgende aanbevelingen van de fabrikant (bijvoorbeeld 1 uur bij 135 ° C gedurende PEI energie director).
4. Voor het lassen, te inspecteren exemplaren één voor één voor gedelamineerde hoeken en gooi indien nodig. Reinig ze met behulp van een ontvetter en een katoenen doek. Reinig de platte energie bestuurders volgens dezelfde procedure.

2. Ultrasoon lassen van Single Lap Shear Coupons

Opmerking: Een microprocessorgestuurde ultrasone lasser kunnen lassen met constante amplitude wordt gebruikt in deze stap. De lasser uitgangen procesdata, zoals gedissipeerd vermogen en verplaatsing van de sonotrode versus tijd data-acquisitie software in een computer. Een op maat gemaakte mal ontworpen en gemaakt om nauwkeurig te positioneren en klem monsters enkele afschuif tijdens ultrasoon lassen wordt gebruikt in deze stap (zie figuur 1).

Figuur 1. Ultrasoon lasapparaat en op maat gesneden lassen opstelling die in deze studie 1:. Sonotrode, 2: glijdende platform, 3: klem voor de bovenste monster (tot 2 bevestigd), en 4: klem voor het onderste monster (Afgedrukt uit referentie 4 met toestemming van Elsevier.) klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

1. Invullen van een logboek sheet voor elke lassen experiment.
   1. Let op de volgende parameters: RT en vochtigheid, lassen setup verwijzing, het type sonotrode, sample nummer en materialen, de breedte en de dikte van de bovenste en onderste monsters, en de dikte van de energie-directeur.
2. Schakel de ultrasone lasser en de computer. Start de data-acquisitie software en een nieuwe sessie te openen.
3. Als dit niet al op zijn plaats, verander de sonotreed een cilindrische sonotrode met een diameter van 40 mm, zodat het onderoppervlak volledig bedekt lasgebied.
   Opmerking: Een andere vorm van de sonotrode kan worden gebruikt, maar het onderoppervlak niet kleiner zijn dan het lasgebied worden.
4. Positie en fixeren specimens en energie-directeur in het lassen mal (zie figuur 1).
   1. Bevestig een vlakke energierichter onderaan monster met plakband ter bedekking van een iets groter gebied dan de te lassen (12,7 mm x 25,4 mm).
   2. Plaats de bodem monster in de mal en klem deze vast met de bovenste schroef.
   3. Tape het andere uiteinde van de energieregelaar aan de basis van de installatie, zodat het op zijn plaats blijft tijdens het proces.
   4. Plaats de bovenste monster in de klem, uitlijnen en draai de bovenste schroef.
   5. Plaats de klem voor de top monster in de glijdende platform en draai beide schroeven.
   6. Alvorens verder te gaan, draait u alle vier schroeven eenmaal merts.
5. Bepaal de optimale duur van de vibratie fase op basis van de verplaatsing van de sonotrode naar het hoogste lassterkte te bereiken, zoals beschreven in stap 2.5.1 tot 2.5.8.
   Opmerking: Een optimale duur van de vibratie fase wordt voor elke gewenste combinatie van lassen kracht en trillingsamplitude.
   1. Stel de ultrasone lasser aan differentiële verplaatsing-control mode.
   2. Input lassen kracht en trillingsamplitude in de ultrasone lasser (bijvoorbeeld 300 N en 86,2 pm).
      Opmerking: deze ultrasone lasser, 86,2 urn overeen met de piek-tot-piek trillingsamplitude. In de machine-instellingen, wordt uitgedrukt helft van deze waarde 43,1 urn.
   3. Voer de sonotrode verplaatsing of reizen, aan het einde van de trilling optreedt zoals een waarde gelijk aan de initiële dikte van de energieregelaar (bijvoorbeeld 0,25 mm).
   4. Input stollen kracht en tijd aan de ultrasone lasser (bijvoorbeeld 1000N en 4000 msec).
   5. Als u klaar bent, op geluidsdichte koptelefoon en start het ultrasoon lasproces.
   6. Na de voltooiing van het proces, nemen nota van de volgende output parameters: lassen afstand, maximum vermogen, trillingen tijd en energie. Verwijder de coupon van de lassen setup en schrijf haar identificatienummer aan beide uiteinden met een verf marker.
   7. Exporteren de lasgegevens (kracht en verplaatsing van de sonotrode) een spreadsheet en plot de kracht en verplaatsing versus tijdcurve tijdens de trilling fase van het proces.
      Opmerking: De verplaatsing curve moet de neerwaartse verplaatsing van de sonotrode ten opzichte van zijn positie plot aan het begin van de trilling fase.
   8. Identificeer de verplaatsing in het midden van de stroom plateau (fase 4) zoals getoond in figuur 2 (in dit geval 0,10 mm).
      Opmerking: Deze bepaalde verschuivingswaarde is de optimale werking dat de duur van de vibratie fase zijn en regeltworden gebruikt in elke volgende las voor hetzelfde lassen kracht en amplitude.

Figuur 2. Vermogen (zwart) en verplaatsing (grijs) curves voor ultrasoon lasproces aangeeft optimale werking waarde. De vibratie fase van het ultrasoon lassen kan worden onderverdeeld in 5 stappen. Optimale reizen waarde ligt op het podium 4. Studie geval: koolstofvezel versterkte polyetherimide -PEI substraten, 0,25 mm dikke vlakke PEI energie directeur, 300 N lassen kracht, 86,2 urn trillingsamplitude, 0,25 mm veerweg. (Overgenomen uit referentie 4 met toestemming van Elsevier.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

6. Weld coupons op de optimale reizen waarde voor de gegeven lassen kracht en amplitude gecombinen.
   1. Herhaal stap 2,1 tot 2.5.6 voor elke las. In stap 2.5.3, gebruik dan de optimale reizen bepaald in stap 2.5.8 voor de overeenkomstige lassen kracht en amplitude combinatie.
      Let op: Alle LSS tests worden volgens ASTM D 1002 op een universele machine testen met een treksnelheid van 1,3 mm / min uitgevoerd.

3. Single Lap Shear Strength (LSS) Het testen van gelaste Coupons

1. Meet en kennis te nemen van de breedte van de overlapping voor elke gelast coupon.
2. Zet de universele machine testen en open de testprocedure voor LSS op de computer.
3. In de testinterface, voer het monsternummer en de afmetingen van de overlap. Stel de kracht 0 en de grip-to-grip scheiding in de beginpositie (bijvoorbeeld 60 mm).
4. Plaats het monster in de greep van de testmachine zoals weergegeven in figuur 3.

Figuur 3. Schematische weergave van de klemming in de Zwick / Roell 250 kN universele testmachine (niet op schaal). De verschuiving verplaatsing tussen de bovenste en onderste grepen maakt het uitlijnen van de belastingsrichting met het midden laslijn minimaliseren buigen tijdens de afschuif sterkte te testen. klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Start de testprocedure van de computer door te klikken op de knop "Start".
6. Nadat het monster breekt, haal hem uit de handgrepen en zet beide delen samen met tape.
7. Herhaal stap 3,3-3,6 voor alle andere monsters.
8. Als de tests zijn afgerond, de gegevens exporteren naar een spreadsheet en het berekenen van de gemiddelde LSS waarde, volgens de werkwijze beschreven in de standaard, voor elke lassen kracht en amplitude combinatie procedure.

Representative Results

Koolstofvezel versterkte polyetherimide (CF / PEI) monsters werden gelast naar aanleiding van de in dit artikel beschreven methode. De monsters werden verkregen uit een composiet laminaat gemaakt uit vijf harnas satijnen stof CF / PEI met (0/90) _3S stapelvolgorde en 1,92 mm nominale dikte. Monsters werden uit het laminaat gesneden dat de belangrijkste schijnbare oriëntatie van de vezels evenwijdig aan de langste zijde was. Flat PEI energie bestuurders met een dikte van 0,25 mm werden gebruikt. Zowel de samengestelde monsters en energieregelaars werden in een oven gedroogd bij 135 ° C gedurende 6 uur en 1, respectievelijk, zoals aangegeven door de fabrikant. Energieplannen en verplaatsingscurven verkregen voor 0,25 mm slag, een optimale werking waarde ongeveer 0,10 mm, dat wil zeggen, 40% van de oorspronkelijke dikte van de energieregelaar werd verkregen voor de CF / PEI monsters onder 300 N lassen werking en 86,2 urn piek gelast -to-piek trillingen amplitude (zie figuur 2 worden getoond in Figuren 4 en 5 respectievelijk.

Figuur 4. Voeding curven voor CF / PEI coupons gelast onder optimale werking Het vermogen curves (verticaal verschoven voor de duidelijkheid) tonen consistente beëindiging van het lasproces in stap 4. Verticale lijnen geven het begin van fase 3. Studiegeval. CF / PEI substraten, 0,25 mm dikke vlakke PEI energie directeur, 300 N lassen kracht, 86,2 urn vibratie amplitude, 0 0,10 reizen mm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5. Typische doorsnede microfoto (boven) en breukvlak (onder) CF / PEI coupon onder optimale werking gelast. Lasverbindingen lijken dikker composiet laminaat zonder zichtbare verschillen tussen de laslijn (aangeduid met pijl) en de substraten . Na ronde shear testen, breukvlakken tonen significante vezels scheuren. Studie geval: CF / PEI substraten, 0,25 mm dikke vlakke PEI energie directeur, 300 N lassen kracht, 86,2 urn trillingsamplitude, 0,10 mm veerweg. (Overgenomen uit referentie 4 met toestemming van Elsevier.)oad / 53592 / 53592fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Om de validiteit van de aanpak in dit document de optimale werking een bepaalde kracht / amplitude Gezamenlijk bepalen controleren, werden monsters gelast verschillende bewegingswaarden, onder en boven de optimale werking, en vervolgens getest. De rest van de lasparameters voor het lassen van deze monsters waren, zoals in het vorige geval, 300 N lassen werking, 86,2 urn amplitude, 1000 N stollen werking en 4 sec stollingstijd. Figuur 6 toont de schijnbare schuifsterkte als functie van de reizigers (weergegeven als een percentage van de oorspronkelijke dikte van de energieregelaar).

Figuur 6. Schijnbare schoot schuifsterkte van CF / PEI coupons gelast onder verschillende bewegingswaarden. Travel vertegenwoordigd hier opzichte van de dikte van de energieregelaar. Studie geval: CF / PEI substraten, 0,25 mm dikke vlakke PEI energie directeur, 300 N lassen kracht, 86,2 urn vibratie amplitude, variabele reizen. (Overgenomen uit referentie 4 met toestemming van Elsevier.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Tenslotte werd verdringing gecontroleerde lassen in vergelijking met andere mogelijkheden van het ultrasone lasapparaat, zoals tijd- of energie gecontroleerde lassen. Met dit doel werden de schuifsterkte waarden in Figuur 4 uitgezet als een functie van de triltijd (Figuur 7) en de lasenergie (Figuur 8). Vibration tijd en energie-waarden voor alle gelaste in dit onderzoek monsters werden provided door de ultrasone lasser als een uitvoer van het lasproces.

. Figuur 7. Apparent schoot schuifsterkte van CF / PEI coupons versus trillingen tijd verkregen door het gebruik van vibratie keer gebruikte samples te plotten Figuur 6 Studie geval:. CF / PEI substraten, 0,25 mm dikke vlakke PEI energie directeur, 300 N lassen kracht , 86,2 urn vibratie amplitude, variabele reizen. (Aangepast uit referentie 4 met toestemming van Elsevier.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8. Schijnbare schoot schuifsterkte van CF / PEI coupons versus lassen energie. Verkregen door gebruik te lassen energie valUES gebruikte samples te plotten Figuur 6 Studie geval:. CF / PEI substraten, 0,25 mm dikke vlakke PEI energie directeur, 300 N lassen kracht, 86,2 urn vibratie amplitude, variabele reizen. (Aangepast uit referentie 4 met toestemming van Elsevier.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

De in de vorige paragraaf resultaten geven aan de geschiktheid van de in dit document voorgesteld voor ultrasoon lassen van thermoplastisch composiet enkele lap coupons ten behoeve van de mechanische testen eenvoudige methode. Hieronder wordt besproken hoe de resultaten bevestigen de drie pijlers van de werkwijze, dat wil zeggen toepassing van vaste losse energieregelaars, gebruikt procesterugkoppeling optimale duur van de trillingen en het gebruik van verplaatsing controle, evenals de toepasbaarheid en beperkingen van definiëren de techniek.

Met betrekking tot de eerste pijler, worden platte energie bestuurders aangetoond dat succesvolle lassen van de TPC coupons mogelijk te maken. In ultrasoon lassen van onversterkte kunststof worden energieregelaars in de vorm van hars uitsteeksels met een kleinere doorsnede dan die van het verbindingsdeel overlap vereist hogere cyclische spanningen en dus preferentiële viscoelastische warmte genereert bij het lassen ondergezicht ^6. In ultrasoon lassen van TPC's, vlakke energieregelaars met dezelfde doorsnede als de las- overlap hebben met succes dat preferente viscoelastische verwarmen bij de lasinterface vanwege de lagere samendrukkende stijfheid van de platte energieregelaar en dus hogere cyclische spanningen tijdens het lasproces. De warmte die bij het grensvlak smelt de energieregelaar en wordt overgebracht op de substraten. Onder invloed van de kracht lassen, wordt het gesmolten energieregelaar geperst uit de overlap lassen tot de voorgeschreven reis is bereikt. Optimale bewegingswaarden leiden tot volledig gelast overlappingen en dwarsdoorsneden die een dikkere laminaat lijken omdat de dikte van de laslijn is gelijk aan die van de hars-rijke gebieden in het substraat (zie figuur 5). Opgemerkt wordt dat bij toepassing platte energieregelaars, optimalisering van de energieregelaar is niet noodzakelijk om te bereiken volledig gelast overlapt ^8, zoalsin tegenstelling tot traditionele energieregelaar oplossingen, waarbij de grootte, vorm en afstand tussen energieregelaars moeten worden geoptimaliseerd om volledige dekking van de beoogde lasruimte ^10,11 realiseren. Ook in vergelijking met oplossingen zoals driehoekige energieregelaars traditioneel gebruikt voor ultrasoon lassen van TPC's ^3, vlakke energieregelaars bleken te resulteren in vergelijkbare lassterkte waarden terwijl niet een significant negatief effect op andere belangrijke output van het proces, zoals maximale kracht, energie of lassen tijd ^8.

Met betrekking tot de tweede pijler, een bepaalde combinatie van lassen kracht en amplitude, is het mogelijk optimale bewegingswaarden, dwz bewegingswaarden die leiden tot maximale sterkte op basis van de kracht en verplaatsing curven door de ultrasone lasser definiëren. In wezen verschillende gebeurtenissen in de kracht en verplaatsing curves tijdens de trilling fase van het lasproces can gerelateerd aan de fysieke veranderingen in de energieregelaar en TPC substraten tijdens verwarmen ^2. Dienovereenkomstig en zoals getoond in figuur 2, de trilling fase van het lasproces kan worden onderverdeeld in de volgende 5 stappen ^2:

Stadium 1, gekenmerkt door voortdurende toename van het opgenomen vermogen tot een maximum bereikt en kleine terugtrekking van de sonotrode om de trilling tegemoet. In fase 1 verwarming van het energie-directeur zonder enige waarneembare fysieke veranderingen aan het lassen-interface plaatsvindt. Fase 2, gekenmerkt door stroomafname en geen significante verschuiving van de sonotrode. In fase 2 start de flat energie directeur plaatselijk smelten als een hot-spot nucleatie en groeiproces. Stadium 3, gekarakteriseerd door vermogenstoename en neerwaartse verplaatsing van de sonotrode. In fase 3 totale energieregelaar is gesmolten en begint onder invloed van het lassen kracht te stromen. Stadium 4, gekenmerkt door eenmacht plateau en neerwaartse verplaatsing van de sonotrode. In fase 4 de matrix in de bovenste lagen van de samengestelde substraten begint plaatselijk te smelten met de squeeze stroom van de energieregelaar. Stage 5, gekenmerkt door afnemende kracht en neerwaartse verplaatsing van de sonotrode. In stadium 5 smelten van de matrix in de substraten overheerst.

De hoogste lassterkte optreedt tijdens stap 4 omdat het smelten van de matrix in de bovenste lagen van de samengestelde substraten maakt diffusie van polymeerketens in het lasinterface en dus moleculaire verstrengeling tussen de twee substraten. Deze moleculaire verstrengeling ontstaat een sterke verbinding die leidt tot scheuren van vezels tijdens één ronde testen, zoals getoond in figuur 5. Na deze optimale fase overmatig smelten van de matrix in het samengestelde substraten resulteert in aanzienlijke vezel vervorming bij het ​​lassen interface die wordt geloofd een daling van de las streng veroorzaken⁴ th. De in figuur 6 resultaten, die overeenkomen met een specifieke combinatie van lassen kracht en trillingsamplitude, ondersteunen deze discussie. Zij opgemerkt dat verschillende kracht / amplitude combinatie zou leiden tot verschillende output van het lasproces als de maximale kracht en energie en verbruikt de duur van de vibratie fase ^2. Niettemin is de werkwijze voor het bepalen van de optimale werking waarde is onafhankelijk van de gekozen kracht / amplitude combinatie ^4.

Met betrekking tot de derde pijler-verplaatsing gecontroleerde lassen resulteerde in relatief lage spreiding in de schijnbare schoot afschuifsterkte van de gewrichten gelast in de optimale omstandigheden. Aangenomen wordt dat dit het gevolg van het feit dat alle monsters consistent zijn gelast op dezelfde fase (dat wil zeggen stap 4) binnen de vibratie fase van de werkwijze), zoals in figuur 4. Figuur 7 geeft aan dat alstijd was gebruikt als controle parameter van het lasproces, kan een grotere spreiding in de sterktewaarden worden verwacht als gevolg van de aanzienlijke overlapping in de vibratie tijden voor verschillende bewegingswaarden. Volgens figuur 8 en de resultaten in de literatuur ¹² energie een betere optie dan de tijd als controle parameter. De lasenergie is sterk afhankelijk van de dikte van de substraten en de aard van de lassen mal en derhalve de optimale energiewaarde significant verandert wanneer een van deze twee variabelen veranderen ^4. In tegenstelling, is verplaatsing van de sonotrode direct gerelateerd aan de stroom van de squeeze energieregelaar en matrix op lasinterface en kan dus worden verwacht minder gevoelig voor veranderingen in een van de bovengenoemde variabelen ⁴ zijn.

De nieuwe methode beschreven in dit document maakt het mogelijk eenvoudig near-field ultrasoon lassen van thermoplastische compingosite coupons voor één lap shear testen. De gepresenteerde resultaten hebben betrekking op het lassen van CF / PEI composieten maar dezelfde methode is met succes toegepast op andere versterkte thermoplastische composieten zoals CF / polyphenyplene sulfide (PPS) ^8. Zoals beschreven in het artikel, de werkwijze direct toepasbaar op het lassen van een specifieke geometrie, echter bij een andere las geometrie wordt beschouwd, zijn er drie kritische punten waarmee rekening moet worden gehouden. Ten eerste is het verhogen van het contact tussen de onderdelen te lassen heeft een directe invloed op het maximale vermogen verdwenen tijdens het lasproces. Bijgevolg wordt het maximale gebied dat in één keer kan worden gelast door de maximale stroom door de ultrasone lasser opgeleverd. In de tweede plaats, de in dit document beschreven methode beschouwt onbeperkte stroom van het gesmolten energie directeur van de vier randen van het lassen overlap. Een andere lassen configuratie kan echter beperken het polymeer flow. Dezekan worden verwacht dat een impact op de evolutie van de verplaatsing van de sonotrode tijdens het lasproces en om waarschijnlijk beperkingen worden gesteld aan verplaatsing gecontroleerde lassen. Ten derde, als de dikte van de onderdelen is zodanig dat de afstand tussen de sonotrode naar het lasinterface groter dan 6 mm, uit specifieke van verre veld ultrasoon lassen moet worden verwerkt. Toch kan de werkwijze in dit document worden beschouwd als een basis voor de ontwikkeling van ultrasoon lassen procedures voor het samenstellen van werkelijke thermoplastische composieten. De belangrijkste nieuwe aspecten en voordelen van deze werkwijze vereenvoudigd verwerking door het gebruik van losse vlakke energieregelaars en het gebruik van de door de lasser de optimale duur van de trillingen voor verschillende combinaties van geweld en amplitude snel gegevens definiëren. Vergeleken met de huidige trial-and-error procedure, de definitie van procesparameters basis van procesdata het potentieelaanzienlijke besparingen in tijd en moeite nodig lasprocessen voor specifieke toepassingen ontwikkelen.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Material/Reagent
Cetex carbon fiber / polyetherimide (CF/PEI) 5 harness satin prepreg	TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)	Contact vendor	Material used in this study for the specimens.
PFQD solvent degreaser	PT Technologies Europe (now Socomore - www.socomore.com)	Contact vendor	Solvent degreaser for cleaning the specimens and energy directors.
Cotton cloths			For general cleaning purposes. No specific vendor was used.
0.25 mm PEI film	TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)	Contact vendor	Thin film used as energy director.
Adhesive tape	Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)	1" x 72 yds MFG # 327402 Contact vendor for catalog number	Used to attach energy director to bottom sample for ultrasonic welding.
Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Vötsch oven	Vötsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)	VTU 60/60 - Contact vendor for specific catalog number	Oven used to dry PEI film (energy directors) and PEI specimens before welding.
Rinco Dynamic 3000 ultrasonic welder	Aeson BV (www.aeson.nl/en/)	Contact vendor	20 kHz ultrasonic welding machine used for the welding experiments. Several sonotrode sizes available. Contact vendor for details. ACUCapture software included.
Zwick/Roell universal testing machine	Zwick (www.zwick.com)	Z250 - Contact vendor for specific catalog number	Universal testing machine with maximum load of 250 kN used for single lap shear strength measurements.