يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تقدم هذه الورقة طريقة جديدة مباشرة للحام بالموجات فوق الصوتية للقسائم المركبة بالحرارة في ظروف المعالجة المثلى. تعتمد عملية اللحام بالموجات فوق الصوتية الموضحة في هذه الورقة على ثلاث ركائز رئيسية. أولا ، يتم استخدام مديري الطاقة المسطحة لتوليد الحرارة التفضيلية في واجهة الانضمام أثناء عملية اللحام. مخرج الطاقة المسطح عبارة عن فيلم راتينج لدن بالحرارة أنيق يتم وضعه بين الأجزاء المراد ربطها قبل عملية اللحام ويتم تسخينه بشكل تفضيلي بسبب صلابة الانضغاط المنخفضة بالنسبة للركائز المركبة. وبالتالي ، يوفر مديرو الطاقة المسطحة حلا بسيطا لا يتطلب صب نتوءات الراتنج على أسطح الركائز المركبة ، على عكس اللحام بالموجات فوق الصوتية للبلاستيك غير المقوى. ثانيا ، يتم استخدام بيانات العملية التي يوفرها عامل اللحام بالموجات فوق الصوتية لتحديد معلمات اللحام المثلى بسرعة لأي مجموعة من المواد المركبة بالحرارة. ثالثا ، يتم استخدام التحكم في الإزاحة في عملية اللحام لضمان الجودة المتسقة للوصلات الملحومة. وفقا لهذه الطريقة ، يتم لحام القسائم المسطحة المركبة بالحرارة بشكل فردي في تكوين لفة واحدة. يسمح الاختبار الميكانيكي للقسائم الملحومة بتحديد قوة قص اللفة الظاهرة للوصلات ، وهي واحدة من الخصائص الأكثر استخداما لتحديد قوة الوصلات الملحومة المركبة بالحرارة.
مركبات اللدائن الحرارية (TPC) لديها القدرة على أن تكون ملحومة، مما يساهم في تصنيع فعالة من حيث تكلفتها. يتطلب لحام التدفئة المحلية تحت ضغط للتخفيف أو إذابة الراتنج لدن الأسطح والانضمام للسماح للاتصال حميم ولاحق بين انتشار سلاسل البوليمر الحرارية عبر واجهة لحام. مرة واحدة ويتحقق الجزيئي بين الانتشار، تهدئة تحت ضغط يعزز مفصل الملحومة. العديد من التقنيات لحام تنطبق على مركبات اللدائن الحرارية التي تختلف أساسا في مصدر الحرارة 1، ومع ذلك، فإن الرئيسية "التصاق" آلية، أي التشابك الجزيئي، لم يتغير. يقدم اللحام بالموجات فوق الصوتية أوقات قصيرة جدا لحام (في حدود بضع ثوان)، وسهلة التشغيل الآلي وأنها مستقلة تقريبا من نوع من التعزيز في ركائز مركب بالحرارة. وعلاوة على ذلك، فإنه يوفر إمكانية لفي الموقع ورصد 2،3 ، والتي يمكن استخدامها لضمان الجودة في خط أو لتعريف سريع من النوافذ تجهيز 4. بالموجات فوق الصوتية لحام من المواد المركبة بالحرارة هو في الغالب عملية لحام البقعة، ولكن لحام الناجح لطبقات أطول من خلال لحام بالموجات فوق الصوتية متسلسل وقد أبلغ في الأدب 5. في مقابل المقاومة أو تحريض اللحام، لم تطبق لحام بالموجات فوق الصوتية صناعيا للمفاصل الهيكلية بين أجزاء المركبة بالحرارة حتى الآن. ومع ذلك، يجري حاليا كرس جهدا كبيرا لمواصلة تطوير اللحام بالموجات فوق الصوتية الهيكلي للمركبات اللدائن الحرارية في التطبيقات الخاصة بالطائرات.
في لحام بالموجات فوق الصوتية، وتتعرض الأجزاء على أن ينضم إلى مجموعة من قوة ثابتة وعالية التردد الاهتزازات الميكانيكية منخفضة السعة عرضية إلى واجهة لحام، والذي ينتج في توليد الحرارة من خلال السطح والتدفئة اللزجة. يتم الترويج التدفئة تفضيلية في واجهة لحاممن خلال استخدام نتوءات الراتنج على أسطح تلحم التي تخضع لسلالة دوري العالي، والتدفئة وبالتالي ارتفاع اللزجة، من ركائز 6. وتمارس القوة والاهتزاز على اجزاء لملحومة من خلال sonotrode متصلة الصحافة وقطار بالموجات فوق الصوتية التي تتكون من محول كهربائي بيزو ومعززة. اعتمادا على المسافة بين نقطة حيث الاتصالات sonotrode الجزء المقرر أن ينضم واجهة لحام، ويمكن التمييز بين القريب من ميدان وبعيدة مجال اللحام بالموجات فوق الصوتية. بالقرب من ميدان لحام (أقل من 6 ملم بين sonotrode واجهة لحام) هي التي تنطبق على مجموعة واسعة من المواد في حين أن تطبيق اللحام بعيدة الميدان إلى المواد بالحرارة محددة وتعتمد بشكل كبير على قدرة مادية لإجراء الموجات الصوتية 6 .
ويمكن تقسيم عملية لحام بالموجات فوق الصوتية إلى ثلاث مراحل رئيسية. أولا، مرحلة القوة تراكم خلالها sonotroدي يزيد تدريجيا القوة على اجزاء لملحومة حتى يتم التوصل إلى قوة الزناد معينة. يتم تطبيق أي اهتزاز في هذه المرحلة. ثانيا، مرحلة الاهتزاز، والذي يبدأ مرة واحدة يتم الوصول إلى قوة الزناد. في هذه المرحلة يهتز sonotrode في السعة المقررة لفترة معينة من الزمن توليد الحرارة اللازمة لعملية اللحام. توفر المعالجات الدقيقة التي تسيطر اللحام بالموجات فوق الصوتية العديد من الخيارات للتحكم في مدة مرحلة الاهتزاز، وبين لهم الوقت (أي السيطرة المباشرة) أو التشريد أو الطاقة (مراقبة غير مباشرة). القوة المطبقة خلال هذه المرحلة، أي حام قوة، يمكن أن تظل ثابتة ومساوية لقوة الزناد أو يمكن أن تختلف تدريجيا خلال تطبيق الاهتزاز. ثالثا، مرحلة التصلب، حيث يسمح للالأجزاء الملحومة ليبرد تحت قوة التصلب معينة لفترة معينة من الزمن. يتم تطبيق أي اهتزاز أثناء هذه المرحلة الأخيرة.
فو اللحامRCE، سعة الاهتزاز والتردد والاهتزاز، ومدة المرحلة الاهتزاز (التي تسيطر عليها إما بشكل مباشر أو بشكل غير مباشر من خلال الطاقة أو النزوح) هي المعايير اللحام التي تتحكم في توليد الحرارة. القوة، والسعة والمدة هي المعلمات المعرفة من قبل المستخدم، في حين تم إصلاح تردد عن كل عامل لحام بالموجات فوق الصوتية. قوة التصلب والوقت التصلب، كما حام المعلمات، لا تتدخل في عملية التسخين ولكن يؤثر على توطيد و، جنبا إلى جنب مع بقية المعلمات، ونوعية النهائية للوصلات الملحومة.
تقدم هذه الورقة طريقة مباشرة رواية عن قرب الميدان لحام بالموجات فوق الصوتية من كوبونات TPC الفردية في تكوين حضن واحد لاحق الميكانيكية، والقص واحد اللفة (LSS)، والاختبار التالي ASTM (الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد) D 1002 القياسية. الاختبار الميكانيكي للكوبونات ملحومة يسمح بتحديد قوة اللفة القص واضحة من المفاصل، والتي تعد واحدة من خصائص معظم بالاتصالاتتستخدم فقط لقياس قوة مركب بالحرارة وصلات الملحومة 7. وتستند هذه الطريقة لحام وصفها في هذه الورقة على ثلاثة ركائز أساسية. أولا، يتم استخدام مديري الطاقة مسطحة فضفاض لتوليد الحرارة تفضيلية في واجهة الانضمام 8،9 أثناء عملية اللحام. ثانيا، يتم استخدام بيانات التصنيع التي قدمتها لحام بالموجات فوق الصوتية لتحديد بسرعة مدة المثلى للمرحلة اهتزاز لقوة معينة / الجمع بين سعة 2،4. ثالثا، يتم التحكم مدة مرحلة الاهتزاز بشكل غير مباشر من خلال تهجير sonotrode من أجل ضمان الجودة بما يتفق المفاصل الملحومة (4). ويوفر هذا الأسلوب لحام والمستجدات والمزايا الرئيسية التالية فيما يتعلق إجراءات اللحام للدولة من بين الفن لمركبات اللدائن الحرارية: (أ) إعداد نموذج مبسط تمكين باستخدام إدارة الطاقة شقة فضفاضة بدلا من المخرجين الطاقة مصبوب التقليدي 3، و (ب) ج سريعة وتعريف كفاءة معاهدة الفضاء الخارجي من المعلمات معالجة بناء على عملية الرصد في الموقع بدلا من نهج التجربة والخطأ المشترك. وعلى الرغم من توجه الأسلوب هو موضح في هذه الورقة من أجل الحصول على هندسة محددة جدا وبسيطة لحام يمكن أن تكون أساسا لتحديد إجراء لحام الأجزاء الفعلية. والفرق الرئيسي في هذه الحالة ناتج عن تدفق مقيدة من مدير الطاقة في مقابل تدفق غير المقيد في أربع حواف التداخل في كوبونات لفة واحدة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. عينة قطع والتحضير لحام بالموجات فوق الصوتية
2. بالموجات فوق الصوتية لحام من لفة واحدة كوبونات القص
ملاحظة: يتم استخدام المعالج الصغير التي تسيطر عليها لحام بالموجات فوق الصوتية قادرة على حام في اتساع مستمر في هذه الخطوة. البيانات العملية نواتج حام، مثل الطاقة تبدد وتهجير sonotrode مقابل الوقت لاقتناء البرمجيات البيانات في الكمبيوتر. ويستخدم رقصة مبنية خصيصا صممت وصنعت بدقة موقف والمشبك عينات اللفة القص واحدة خلال لحام بالموجات فوق الصوتية في هذه الخطوة (انظر الشكل 1).
-together.within الصفحات = "1"> 
الشكل 1. بالموجات فوق الصوتية لحام والإعداد لحام مبنية خصيصا المستخدمة في هذه الدراسة: 1. sonotrode، 2: منصة الانزلاق، 3: المشبك لعينة العليا (مرفق 2)، و 4: المشبك لعينة الدنيا (نقلا عن المرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. الطاقة (أسود) والتشريد منحنيات (الرمادي) لعملية لحام بالموجات فوق الصوتية يشير إلى قيمة السفر المثلى. المرحلة اهتزاز لحام بالموجات فوق الصوتية ويمكن تقسيم في 5 مراحل. يقع قيمة السفر المثلى ضمن المرحلة 4. حالة دراسة: من ألياف الكربون المقوى ركائز polyetherimide -PEI، 0.25 مم سميكة شقة مدير الطاقة جزيرة الأمير إدوارد، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون الاهتزاز السعة، 0.25 ملم السفر. (نقلا عن المرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. واحدة لاب مقاومة القص (LSS) اختبار كوبونات الملحومة
الشكل 3. عرض تخطيطي للقط في زويك / Roell 250 كيلو نيوتن اختبار عالمي آلة (لا لتوسيع نطاق). تشريد تعويض بين السيطرة العلوية والسفلية يسمح محاذاة الاتجاه الحمل مع خط الوسط لحام للحد من الانحناء أثناء القص اللفة اختبار قوة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
كانت ملحومة من ألياف الكربون المقوى polyetherimide (CF / جزيرة الأمير إدوارد) عينات وفقا للطريقة المبينة في هذه الورقة. تم الحصول على عينات من صفح مركب مصنوع من خمسة تسخير النسيج الساتان CF / جزيرة الأمير إدوارد، مع (0/90) 3S التراص تسلسل و 1.92 مم سمك الاسمي. قطعت عينات من هذه الخشبية بحيث كان التوجه واضحا الرئيسي للألياف موازية لأطول جانبهم. واستخدمت شقة مديري الطاقة جزيرة الأمير إدوارد مع سمك 0.25 مم. تم تجفيف كل من عينات مركبة ومديري...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج المقدمة في القسم السابق تشير إلى مدى ملاءمة طريقة مباشرة المقترحة في هذه الورقة لحام بالموجات فوق الصوتية من بالحرارة كوبونات لفة واحدة المركبة لغرض الاختبار الميكانيكي. الفقرات التالية مناقشة كيفية التحقق من صحة نتائج الركائز الرئيسية الثلاث للأسلوب، أي استخدام الإدارة شقة الطاقة فضفاضة، والاستفادة من التغذية المرتدة عملية لتحديد المدة المثلى من الاهتزاز واستخدام وسائل منع التشرد، فضلا عن تطبيق وقيود هذه التقنية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصلحة مالية متنافسة.
يود المؤلفون أن يقرفوا بدعم Ten Cate Advanced Materials في شكل إمداد مواد مجاني للعمل الموضح في هذه الورقة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| <قوي>مادة / كاشف < / قوي> سيتكس | |||
| ألياف الكربون / بولي إيثريميد (CF / PEI) 5 تسخير الساتان التقوية المسبقة | TenCate المركبات المتقدمة (www.tencate.com)اتصل | بالبائع | المواد المستخدمة في هذه الدراسة للعينات. |
| مزيل الشحوم بالمذيبات PFQD | PT Technologies Europe (الآن Socomore - www.socomore.com) | اتصل بالبائع | مزيل الشحوم للمذيبات لتنظيف العينات ومديري الطاقة. |
| أقمشة قطنية | لأغراض التنظيف العامة. لم يتم استخدام بائع محدد. | ||
| 0.25 مم فيلم PEI | TenCate المركبات المتقدمة (www.tencate.com)اتصل | بالبائع | فيلم رقيق يستخدم كمدير للطاقة. |
| شريط لاصق | Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com) | 1 "× 72 ياردة MFG # 327402 اتصل بالبائع للحصول على رقم الكتالوج | يستخدم لإرفاق مدير الطاقة بالعينة السفلية للحام بالموجات فوق الصوتية. |
| <قوي>الاسم | <قوي>الشركة | رقم الكتالوج | تعليقات |
| Equipment | |||
| Vö تش فرن | V & ouml; tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com) VTU | 60/60 - اتصل بالبائع للحصول على رقم كتالوج محدد | الفرن المستخدم لتجفيف فيلم PEI (مديري الطاقة) وعينات PEI قبل اللحام. |
| لحام بالموجات فوق الصوتية Rinco Dynamic 3000 | Aeson BV (www.aeson.nl/en/)اتصل | بالبائع | آلة لحام بالموجات فوق الصوتية 20 كيلو هرتز المستخدمة في تجارب اللحام. تتوفر عدة أحجام سونوتروده. اتصل بالمورد للحصول على التفاصيل. برنامج ACUCapture متضمن. |
| آلة الاختبار العالمية Zwick / Roell | Zwick (www.zwick.com) | Z250 - اتصل بالبائع للحصول على رقم كتالوج محدد | آلة اختبار عالمية بحد أقصى للحمل 250 كيلو نيوتن تستخدم لقياسات قوة القص في اللفة الواحدة. |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.