La soldadura por ultrasonidos de Cupones termoplástico compuestos para la caracterización mecánica de las juntas soldadas a través de una sola vuelta cizalladura

El objetivo general de este procedimiento es producir uniones compuestas termoplásticas para pruebas mecánicas básicas utilizando directores de energía simplificados, parámetros de soldadura óptimos rápidamente definidos y control de desplazamiento para una calidad de soldadura constante. Este método ayuda a responder preguntas clave en el área de la unión de materiales compuestos, como cuál es la resistencia que se puede esperar de una unión soldada y de un compuesto plástico. La principal ventaja de esta técnica es que produce cupones soldados consistentes de alta calidad después de una definición rápida de los parámetros de soldadura óptimos.

Para este procedimiento, tenga un soldador ultrasónico controlado por microprocesador que pueda operar a una amplitud constante. El soldador debe enviar datos de proceso, como la potencia disipada y el desplazamiento del sonotrodo en función del tiempo, a una computadora. Esta demostración utiliza una plantilla hecha a medida diseñada para posicionar y sujetar con precisión muestras transparentes de una sola vuelta.

Encienda la soldadora ultrasónica e inicie sesión en la computadora. Antes de cada experimento, registre los siguientes parámetros: temperatura y humedad ambiente, la referencia de la configuración de soldadura, el tipo de sonotrodo, el número de muestras y el material, el ancho y el espesor de las muestras superior e inferior, y el espesor del director de energía. Inicie el software de adquisición de datos y abra una nueva sesión.

Esta demostración utiliza un sonotrodo cilíndrico de 40 milímetros de diámetro. Los siguientes pasos son agregar las muestras y el director de energía. Primero, limpie las muestras y el director de energía.

A continuación, pegue con cinta adhesiva el director de energía plano a la muestra inferior. Debe cubrir un área un poco más grande que el área a soldar. A continuación, coloque y alinee la muestra inferior en la plantilla.

Y sujételo apretando el tornillo superior. A continuación, asegure el otro extremo del director de energía a la base de la configuración con cinta adhesiva. A continuación, coloque la muestra superior en la pinza y alinéela.

Ahora, apriete el tornillo superior. A continuación, coloque la abrazadera de la muestra superior en la plataforma deslizante y apriete ambos tornillos. Antes de continuar con la soldadura, apriete los cuatro tornillos una vez más.

Para lograr la mayor resistencia de soldadura, debe determinar la duración óptima de la fase de vibración en función del desplazamiento del sonotrodo. Esta duración debe determinarse para cada combinación de fuerza de soldadura y amplitud de vibración. Comience configurando el modo de control de la soldadora ultrasónica al desplazamiento diferencial.

A continuación, introduzca la fuerza de soldadura y la amplitud de vibración. Tenga en cuenta que en la configuración de esta máquina, la amplitud se expresa como la mitad del valor de amplitud de pico a pico. Ahora, introduzca el desplazamiento o recorrido del sonotrodo al final de la fase de vibración.

Utilice un valor igual al espesor inicial del director de energía, que en este caso es cero coma dos cinco milímetros. Luego, ingrese la fuerza de solidificación y el tiempo de solidificación. En este ejemplo, estos valores son 1.000 Newton y 4.000 milisegundos.

Después de ingresar estos ajustes, el sistema está listo para realizar soldaduras ultrasónicas. Póngase gafas protectoras, auriculares insonorizados y comience el proceso. Después de completar una soldadura, tome nota de los siguientes parámetros de salida: energía de vibración, potencia máxima y distancia de soldadura.

Luego, retire el cupón de la configuración de soldadura y etiquételo en ambos extremos con un número de identificación, usando un marcador de pintura. Ahora, exporte los datos de soldadura a una hoja de cálculo y trace la potencia y el desplazamiento en función del tiempo durante la fase de vibración del proceso. Tenga en cuenta que esta curva traza el desplazamiento descendente del sonotrodo en relación con su posición al inicio de la fase de vibración.

A partir de las curvas, identifique el desplazamiento en el medio de la meseta de potencia. Este valor de desplazamiento es el recorrido óptimo que controla la duración de la fase de vibración para soldaduras de alta resistencia. Utilice este valor de recorrido óptimo en cada soldadura posterior para la misma fuerza y amplitud de soldadura.

Después de completar todas las soldaduras, pruebe su resistencia pura de una sola vuelta siguiendo el estándar de prueba ASTM D1002 o un estándar similar, y use una máquina de prueba universal. Las muestras compuestas de polieterimida reforzada con fibra de carbono con un espesor nominal de un punto nueve dos milímetros se soldaron utilizando el método descrito. Se utilizaron directores de energía planos de polieterimida con cero coma dos cinco milímetros de espesor.

El valor óptimo de recorrido para una fuerza de soldadura de 300 Newton y una amplitud pico a pico de 86,2 micras se calculó como el 40% del espesor inicial del director de energía. Para validar el recorrido óptimo calculado, las muestras se soldaron a diferentes valores de recorrido y posteriormente se probaron. Se realizaron cinco soldaduras para cada valor.

La resistencia aparente de la vuelta alcanzó un máximo del 40% del espesor inicial del director de energía, que era, de hecho, el valor de recorrido óptimo calculado. Las superficies de fractura de las muestras probadas mostraron áreas soldadas completas, lo que demuestra la capacidad del director de energía plana para soldar el área de soldadura prevista. Finalmente, la soldadura por desplazamiento controlado dio como resultado una calidad de soldadura altamente consistente, como lo demuestra la baja dispersión en el valor de resistencia.

Se espera que una estrategia diferente, como la soldadura controlada por tiempo, dé como resultado una alta dispersión, como lo sugiere la superposición significativa de los tiempos de vibración para diferentes valores de recorrido y, por lo tanto, diferentes niveles de resistencia. Después de ver este vídeo, deberías saber cómo hacer uniones soldadas por ultrasonidos en compuestos termoplásticos con una calidad óptima. Este método está diseñado para pruebas mecánicas básicas, con directores de energía simplificados y definición simplificada de parámetros de proceso.

Una vez dominado, la definición de los parámetros óptimos de soldadura y la soldadura de un lote de muestras se pueden realizar en menos de dos horas si se realizan correctamente. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos, como la microscopía de sección transversal para responder preguntas adicionales, como el grosor de la línea de soldadura o la extensión de las zonas afectadas por el calor.