通过单搭接剪切试验的热塑性复合材料优惠券焊接接头的力学特性的超声波焊接

该程序的总体目标是使用简化的能量导向器、快速定义的最佳焊接参数和位移控制来生产用于基本机械测试的热塑性复合材料接头，以实现一致的焊接质量。这种方法有助于回答复合材料连接领域的关键问题，例如焊接接头和塑料复合材料的预期强度是多少。该技术的主要优点是，在快速定义最佳焊接参数后，它可以产生一致的高质量焊片。

对于此过程，请使用微处理器控制的超声波焊机，该焊机可以以恒定振幅运行。焊工必须将过程数据（例如焊头的耗散功率和位移与时间的关系）输出到计算机。该演示使用定制的夹具，旨在准确定位和夹紧单圈剪切样品。

打开超声波焊机并登录计算机。在每次实验之前，记录以下参数：室温和湿度、焊接设置参考、焊头类型、样品编号和材料、顶部和底部样品的宽度和厚度以及能量导向器的厚度。启动数据采集软件并打开一个新会话。

该演示使用直径为 40 毫米的圆柱形焊头。下一步是添加样本和能源导向器。首先，清洁样品和能源导向器。

然后，将扁平能量导向器粘在底部样品上。它应覆盖比要焊接的区域略大的区域。然后，将底部样品放入夹具中并对齐。

然后，通过拧紧顶部螺钉将其夹紧。接下来，使用胶带将能量导向器的另一端固定到设置的底部。然后，将上部样品放入夹具中，并对齐。

现在，拧紧顶部螺丝。然后，将顶部样品的夹具放入滑动平台中并拧紧两个螺钉。在继续焊接之前，请再次拧紧所有四个螺钉。

为了获得最高的焊接强度，您必须根据焊头的位移确定振动阶段的最佳持续时间。必须为焊接力和振动幅度的每种组合确定此持续时间。首先将超声波焊机的控制模式设置为差分位移。

接下来，输入焊接力和振动幅度。请注意，在此机器的设置中，振幅表示为峰峰值振幅值的一半。现在，输入焊头在振动阶段结束时的位移或行程。

使用等于能量导向器初始厚度的值，在本例中为 0 点 2 5 毫米。然后，输入凝固力和凝固时间。在此示例中，这些值为 1， 000 牛顿和 4， 000 毫秒。

输入这些设置后，系统就可以进行超声波焊接了。戴上防护眼镜、隔音耳机，然后开始这个过程。完成焊接后，请注意以下输出参数：振动能量、最大功率和焊接距离。

然后，从焊接装置中取出试样，并使用油漆记号笔在两端贴上标识号。现在，将焊接数据导出到电子表格中，并绘制工艺振动阶段的功率和位移与时间的关系图。请注意，该曲线绘制了焊头在振动阶段开始时相对于其位置的向下位移。

从曲线中，确定功率平台中间的位移。该位移值是控制高强度焊缝振动阶段持续时间的最佳行程。在相同的焊接力和振幅的每次后续焊接中使用此最佳行程值。

完成所有焊接后，按照 ASTM D1002 测试标准或类似标准测试其单圈剪切强度，并使用万能试验机。使用所述方法焊接由标称厚度为 1 点 9 2 毫米的碳纤维增强聚醚酰亚胺制成的复合材料样品。使用了零点 2 5 毫米厚度的扁平聚醚酰亚胺能量导向器。

300 牛顿焊接力和 86.2 微米峰峰值振幅的最佳行程值计算为能量导向器初始厚度的 40%。为了验证计算出的最佳行程，以不同的行程值焊接样品，然后进行测试。为每个值进行五次焊接。

表观搭接剪切强度在能量导向器初始厚度的 40% 处达到峰值，这确实是计算出的最佳行程值。测试样品的断裂表面显示出完整的焊接区域，这表明 Flat Energy Director 能够焊接预期的焊接区域。最后，位移控制焊接实现了高度一致的焊接质量，强度值的低分散性表明了这一点。

不同的策略，例如时间控制焊接，预计会导致高散射，正如不同行程值的振动时间的显着重叠以及不同的强度水平所表明的那样。看完这个视频后，您应该知道如何在热塑性复合材料中制造具有最佳质量的超声波焊接接头。该方法适用于基本的机械测试，具有简化的能量导向器和简化的过程参数定义。

一旦掌握，如果作得当，可以在不到两个小时的时间内完成最佳焊接参数的定义和一批样品的焊接。按照此程序，可以执行其他方法，例如横截面显微镜，以回答其他问题，例如缝合线的厚度或热影响区的扩展。