Name: ריתוך Ultrasonic של קופונים Composite תרמופלסטיים עבור אפיון מכני של חיבורי ריתוך באמצעות Lap יחיד בדיקות גזירה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: למד ריתוך אולטרסוני של קומפוזיטים תרמופלסטיים לבדיקות מכניות באמצעות מכשיר מבוקר מיקרו-מעבד. השיטה מייצרת חיבורים באיכות גבוהה ומגדירה במהירות פרמטרים אופטימליים לריתוך.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מבקשים להודות על תמיכתם של Ten Cate Advanced Materials בצורה של אספקת חומרים בחינם לעבודה המתוארת במאמר זה.

1. דגימת חיתוך והכנת ריתוך Ultrasonic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך דגימות מלבנות מדידת 25.4 מ&quot;מ x 101.6 מ&quot;מ לרבד מרוכבים תרמופלסטיים גדול בטכניקת חיתוך שמונעת delamination של קצוות של הדגימות (למשל, יהלום נדנדה או חיתוך סילון מים). הערה: את הממדים של הדגימות מבוססות על התקן ASTM D 1002. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאז כוחו של המפרקים המרותכים תלוי כיוון הסיבים על המשטחים להיות מרותך 10, לטפל לחתוך את כל דגימות בכיוון זהה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר חיתוך, דגימות יבשות בתנור לפי המלצות יצרן במקרה שרף תרמופלסטיים נוטה לספוג לחות (למשל, 6 שעות ב C ° 135 במשך שישה-שכבה סיב פחמן מחוזקי polyetherimide, CF / PEI, דגימות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרסה במאי אנרגיה שטוחה עשוי סרט תרמופלסטיים מסודר (אותו השרף כמו מטריקס ב מורכב) לגודל (כ 2<html> 6 מ&quot;מ x 26 מ&quot;מ) עם עובי של 0.25 מ&quot;מ לפחות. במידת הצורך, לייבש את מנהל האנרגיה בעקבות המלצות היצרן (למשל, 1 שעה ב 135 מעלות צלזיוס במשך מנהל האנרגיה PEI). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני ריתוך, לבדוק דגימות אחד אחד פינות delaminated וזורקים במידת הצורך. נקו אותם באמצעות מסיר שומנים ומטלית כותנה. נקה את דירקטורי אנרגיה השטוחים הבאים באותו האופן. </li></ol> 2. ריתוך Ultrasonic של קופונים היחיד Lap Shear הערה: רתך מיקרו-מעבד מבוקר קולי מסוגל לרתך ב משרעת קבועה משמש בשלב זה. נתוני תהליך פלטי רתך, כגון הספק נצרך ועקירה של sonotrode לעומת זמן לתוכנת רכישת נתונים במחשב. לנענע שהותקן מעוצב ומיוצר כדי למקם במדויק מהדק דגימות גזירה הברכיים אחת במהלך ריתוך קולי משמש בשלב זה (ראה איור 1). -together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig1.jpg" /> איור 1. רתך Ultrasonic והתקנת ריתוך שהותקן השתמשה במחקר זה 1:. Sonotrode, 2: פלטפורמה זזה, 3: מהדק עבור דגימה העליונה (מצורף 2), ו -4: מהדק עבור דגימה הנמוכה (הודפס מחדש מהתייחסות 4 באישור Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את גיליון יומן לפני כל ניסוי ריתוך. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרשום את הפרמטרים הבאים: RT ולחות, הפנית Setup ריתוך, סוג sonotrode, מספר מדגם וחומרים, רוחב ועובי של דגימות העליונות ותחתונות, ועובי של מנהל האנרגיה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל הרתך והמחשב הקולי. הפעל את תוכנת רכישת הנתונים לפתוח הפעלה חדשה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם לא כבר במקום, לשנות את sonotרכב על גלילי sonotrode בקוטר של 40 מ&quot;מ, כך המשטח התחתון שלה מכסה את כל שטח הריתוך לחלוטין. הערה: צורה שונה של sonotrode ניתן להשתמש, אבל המשטח התחתון שלה לא צריך להיות קטן יותר מאשר באזור הריתוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיקום ושינוי לקבע דגימות ומנהל אנרגיה לתוך לנענע ריתוך (ראה איור 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף דירקטור אנרגיה שטוח כדי דגימה התחתונה עם דבק כך שהוא מכסה שטח גדול יותר במעט באזור להיות מרותך (12.7 מ&quot;מ x 25.4 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם התחתונה לתוך לנענע והדק אותו על ידי הידוק בורג העליון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלטתי את הקצה השני של במאי האנרגיה לבסיס של ההתקנה כך שהוא נשאר במקום תוך כדי תהליך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם העליון לתוך מהדק, ליישר אותו והדק את הבורג העליון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקמו את מהדק למדגם העליון לתוך הפלטפורמה הזזה והדק את שני הברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני שתמשיך, ולהדק את כל ארבעת הברגים פעם מבֶּצֶר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את המשך האופטימלי של שלב רטט מבוסס על העקירה של sonotrode כדי להשיג את כוח לרתך הגבוה ביותר, כמתואר בשלבי 2.5.1 ל 2.5.8. הערה: משך אופטימלי של שלב הרטט נקבע לכל שילוב רצוי של כוח הריתוך משרעת רטט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר הרתך הקולי דיפרנציאלי מצב עקירת שליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלט ריתוך כוח משרעת רטט לתוך הרתך הקולי (למשל, 300 N ו- 86.2 מיקרומטר). הערה: רתך קולי זה, 86.2 מיקרומטר תואמת את משרעת רטט שיא-לשיא. בהגדרות המכשירות, זה מבוטא חצי ערך זה, 43.1 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלט עקירת sonotrode, או נסיעות, בסוף השלב רטט כערך שווה עובי הראשוני של במאי האנרגיה (למשל, 0.25 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוח מיצוק קלט וזמן לתוך הרתך הקולי (למשל, 1,000N ו -4,000 msec). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מוכן, לשים על אוזניות לרעש ולהתחיל בתהליך הריתוך הקולי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלמת התהליך, לרשום את הפרמטרים הפלט הבא: מרחק ריתוך, מקסימום כוח, זמן רטט ואנרגיה. הסר את הקופון מההגדרה של הריתוך ולכתוב מספר זיהוי שלו בשני קצוות עם סמן צבע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייצא את נתוני ריתוך (כוח ותזוזה של sonotrode) לגיליון אלקטרוני ומשרטט את הכח ואת העקירה לעומת עקומות זמן בשלב הרטט של התהליך. הערה: עקומת העקירה צריכה עלילת התזוזה כלפי מטה של ​​יחסי sonotrode בעמדתה בתחילת שלב הרטט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את העקירה באמצע רמת הכח (שלב 4), כפי שמוצג על איור 2 (במקרה זה, 0.10 מ&quot;מ). הערה: ערך תזוזה מסוים זוהי הנסיעה האופטימלית השולט משך שלב הרטט והרצוןלשמש בכל לרתך בא עבור אותה בכח משרעת הריתוך. </li></ol></li></ol><img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> כוח איור 2. (שחור) ועקירה (אפור) עקום לתהליך הריתוך הקולי המציין ערך נסיעות אופטימלי. שלב הרטט של הריתוך הקולי ניתן לחלק ב 5 שלבים. ערך נסיעות אופטימום ממוקם בתוך מקרה בשלב 4.: סיבי פחמן מחוזקים מצעים polyetherimide -PEI, 0.25 מ&quot;מ בעובי מנהל האנרגיה שטוח PEI, 300 N כוח ריתוך, 86.2 משרעת רטט מיקרומטר, 0.25 נסיעות מ&quot;מ. (הודפס מחדש מהתייחסות 4 באישור Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol start="6" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קופונים וולד לפי שווי הנסיעה האופטימלית עבור כוח הריתוך הנתון combinatio משרעתn. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוזרים על שלבים 2.1 ל 2.5.6 לכל לרתך. בשלב 2.5.3, השתמש הנסיעה האופטימלית שנקבעה צעד 2.5.8 עבור כוח הריתוך המקביל שילוב משרעת. הערה: כל בדיקות LSS מתבצעים הבא ASTM D 1002 על מחשב בדיקה אוניברסלית עם מהירות crosshead של 1.3 מ&quot;מ / דקה. </li></ol></li></ol> 3. יחיד Lap שאר חוזק (LSS) בדיקה של קופונים מרותך <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד לרשום את רוחב החפיפה לכל קופון מרותך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעילו את מכונת בדיקה אוניברסלית ולפתוח הליך הבדיקה עבור LSS במחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בממשק הבדיקות, הזן את מספר המדגם והממדים של החפיפה. הגדר את הכוח ל -0 ואת ההפרדה אחיזה אל האחיזה למיקומו ההתחלתי (למשל, 60 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את המדגם האוחז של מכונת בדיקה כפי שמוצג על איור 3. </li></ol><img alt="איור 3" src = &quot;/ files / ftp_upload / 53,592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; איור 3. מבט סכמטי של clamping במכונת הבדיקה האוניברסלית זוויק / Roell 250 kN (לא בקנה מידה). העקירה לקזז בין האוחז העליון ותחתון מאפשרת יישור כיוון העומס כאשר קו אמצע לרתך כדי למזער כיפוף במהלך גזירת הברכיים מבחן כוח. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol start="5" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הליך הבדיקה מהמחשב על ידי לחיצה על כפתור &quot;התחל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הפסקות מדגם, להסיר אותו אוחז ולאבטח את שני החלקים יחד עם קלטת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.3 כדי 3.6 כל דוגמאות אחרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר שהושלמו הבדיקות, לייצא את הנתונים לגיליון אלקטרוני ולחשב את הערך LSS הממוצע, על פי ההליך המתואר בתקן, עבור כל כוח ריתוך שילוב משרעת. </li></ol>

<ol><li>Yousefpour, A., Hojjati, M., Immarigeon, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fusion+bonding%2Fwelding+of+thermoplastic+composites%5BTitle%5D)+AND+%22J+Thermoplast+Compos%22%5BJournal%5D)">Fusion bonding/welding of thermoplastic composites.</a> J Thermoplast Compos. 17, 303-341 (2004).</li>
<li>Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+monitoring+of+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+through+power+and+displacement+data%5BTitle%5D)+AND+%22J+Thermoplast+Compos%22%5BJournal%5D)">In situ monitoring of ultrasonic welding of thermoplastic composites through power and displacement data.</a> J Thermoplast Compos. 28 (1), 66-85 (2015).</li>
<li>Benatar, A., Gutowski, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+welding+of+PEEK+Graphite+APC-2+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Polym+Eng+Sci%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic welding of PEEK Graphite APC-2 composites.</a> Polym Eng Sci. 29 (23), 1705-1721 (1989).</li>
<li>Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strength+development+versus+process+data+in+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+with+flat+energy+directors+and+its+application+to+the+definition+of+optimum+processing+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+A-Appl+S%22%5BJournal%5D)">Strength development versus process data in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors and its application to the definition of optimum processing parameters.</a> Compos Part A-Appl S. 65, 27-37 (2014).</li>
<li>Lu, H. M., Benatar, A., He, F. G. Sequential ultrasonic welding of PEEK/graphite composite plates. Proceedings of the ANTEC'91 Conference. , 2523-2526 (1991).</li>
<li>Potente, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+welding+-+principles+%26+theory%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Design%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic welding - principles & theory.</a> Mater Design. 5, 228-234 (1984).</li>
<li>Stavrov, D., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resistance+welding+of+thermoplastic+composites+-+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+A-Appl+S%22%5BJournal%5D)">Resistance welding of thermoplastic composites - an overview.</a> Compos Part A-Appl S. 36, 39-54 (2005).</li>
<li>Villegas, I. F., Valle-Grande, B., Bersee, H. E. N., Benedictus, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparative+evaluation+between+flat+and+traditional+energy+directors+for+ultrasonic+welding+of+CF%2FPPS+thermoplastic+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Interface%22%5BJournal%5D)">A comparative evaluation between flat and traditional energy directors for ultrasonic welding of CF/PPS thermoplastic composites.</a> Compos Interface. , (2015).</li>
<li>Levy, A., Le Corre, S., Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+the+heating+phenomena+in+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+with+flat+energy+directors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Process+Tech%22%5BJournal%5D)">Modelling the heating phenomena in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors.</a> J Mater Process Tech. , 1361-1371 (2014).</li>
<li>Shi, H., Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strength+and+failure+modes+in+resistance+welded+thermoplastic+composite+joints%3A+effect+of+fibre-matrix+adhesion+and+fibre+orientation%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+A-Appl+S%22%5BJournal%5D)">Strength and failure modes in resistance welded thermoplastic composite joints: effect of fibre-matrix adhesion and fibre orientation.</a> Compos Part A-Appl S. 55, 1-10 (2013).</li>
<li>Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+welding+of+advanced+thermoplastic+composites.+An+investigation+on+energy-directing+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Polym+Tech%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic welding of advanced thermoplastic composites. An investigation on energy-directing surfaces.</a> Adv Polym Tech. 29 (2), 113-121 (2010).</li>
<li>Harras, B. K., Cole, C., Vu-Khanh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+the+ultrasonic+welding+of+PEEK-carbon+composites%5BTitle%5D)+AND+%22J+Reinf+Plast+Comp%22%5BJournal%5D)">Optimization of the ultrasonic welding of PEEK-carbon composites.</a> J Reinf Plast Comp. 15 (2), 174-182 (1996).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרס כלכלי מתחרה.

התוצאות המוצגות בסעיף קודם מצביעות על נאותות השיטה הפשוטה הציעה במאמר זה עבור ריתוך בגלים על קוליים של קופונים ברכיים יחידים מורכבים תרמופלסטי לצורך הבדיקות מכאנית. הפסקאות הבאות לדון כיצד התוצאות לאמת השלושה מעמודי התווך של השיטה, כלומר, שימוש דירקטורי אנרגיה רופפים שטוחים, שימוש משוב תהליך להגדיר משך אופטימלי של רעידות שימוש בבקרת עקירה, כמו גם תחולתו ומגבלותיו הטכניקה. באשר הנדבך הראשון, דירקטורי אנרג...

מרוכבים תרמופלסטיים (TPC) יש את היכולת להיות מרותך, אשר תורמים הייצור החסכוני שלהם. ריתוך דורש חימום מקומי תחת לחץ כדי לרכך או להמס את שרף תרמופלסטיים של המשטחים שהצטרפו כדי לאפשר מגע אינטימי-דיפוזיה יתר בדיעבד של שרשרות פולימר תרמופלסטי על פני ממשק הריתוך. לאחר הבין-דיפוזיה מולקולרית מושגת, הרגעות בלחץ מאחדת המפרק מרותך. כמה טכניקות ריתוך החלות על מרוכבים תרמופלסטיים אשר נבדלים בעיקר מקור חום 1, לעומת זאת, מנגנון &quot;הידבקות&quot; העיקרי, כלומר, ההסתבכות מולקולרית, עומד בעינו. ריתוך Ultrasonic מציע פעמי ריתוך קצרות מאוד (לפי סדר של מספר שניות), אוטומציה קלה וזה כמעט תלוי בסוג של תגבור המצעים מהרוכבים תרמופלסטיים. יתר על כן, היא מציעה את האפשרות עבור באתרו ניטור 2,3 </sup&gt;, אשר ניתן להשתמש בהם עבור באבטחת איכות קו או עבור הגדרה מהירה של חלונות עיבוד 4. ריתוך Ultrasonic של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים הוא בעיקר תהליך ריתוך נקודה, ריתוך מוצלח עם זאת של תפרים עוד דרך ריתוך קולי רציפים דווח בספרות 5. בניגוד ריתוך התנגדות או אינדוקציה, ריתוך קולי לא יושם באופן תעשייתי עבור מפרקים מבניים בין חלקים מורכבים תרמופלסטיים עד כה. אף על פי כן, מאמץ משמעותי בימים אלה המוקדשים לקידום ופיתוח של ריתוך קולי מבני של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים עבור יישומי מטוסים. ב ריתוך קולי, חלקים יצטרפו חשופי שילוב של כוח סטטי רעידות מכאניות בתדירות גבוהה נמוכות משרעת רוחבי לממשק הריתוך, שתוצאתה דור חום דרך המשטח וחימום viscoelastic. חימום מועדף על ממשק הריתוך מקודםבאמצעות בליטות שרפו על המשטחים להיות מרותך אשר עוברת זן מחזורי גבוה, ובכך חימום viscoelastic הגבוה, מאשר המצעים 6. חיל ורעידות הם הפעילו על החלקים המיועדים לריתוך באמצעות sonotrode מחוברת לחץ כדי רכבת קולית מורכב ממיר פייזו חשמלי מאיץ. בהתאם למרחק בין הנקודה אם במגעי sonotrode החלק יצטרף ואת ממשק הריתוך, הבחנה יכולה להתבצע בין השדה ליד וריתוך קולי שדה רחוק. שדה ליד ריתוך (פחות מ -6 מ&quot;מ בין sonotrode וממשק ריתוך) הוא החלים על מגוון רחב יותר של חומרים תוך תחולתה של ריתוך השדה רחוק כדי חומר תרמופלסטי ספציפי תלוי מאוד את היכולת של החומר לנהל גלי קול 6 . תהליך הריתוך הקולי ניתן לחלק לשלושה שלבים עיקריים. ראשית, שלב הצטברות הכוח, שבמהלכה sonotroדה בהדרגה מגדילה את הכח על החלקים המיועד לריתוך עד כוח הדק מסוים הוא הגיע. אין רטט מוחל בשלב זה. שנית, שלב רטט, אשר מתחיל ברגע כוח ההדק הוא הגיע. בשלב זה sonotrode רוטט משרעת שנקבעו עבור סכום מסוים של זמן לייצר את החום הדרוש לתהליך הריתוך. מבוקרת מיקרו-מעבד רתכים קולי מספקים מספר אפשרויות לשליטה על משך השלב רטט, ביניהם זמן (כלומר, שליטה ישירה), עקירה או אנרגיה (שליטה עקיפה). הכח ליישם בשלב זה, כלומר, ריתוך כוח, יכול להישמר קבוע שווה לכוח ההדק או יכול להיות מגוון בהדרגה במהלך יישום של הרטט. שלישית, שלב מיצוק, שבמהלכו החלקים המרותכים מותר להתקרר תחת כוח מיצוק מסוים עבור סכום מסוים של זמן. אין רטט מוחל במהלך השלב האחרון זה. FO ריתוךRCE, משרעת רטט, תדר רטט ומשך בשלב הרטט (במישרין או בעקיפין באמצעות אנרגיה או עקירה) הם פרמטרי ריתוך השולטים דור חום. חיל, משרעת ומשך הם פרמטרים המוגדרים על ידי המשתמש, בעוד תדר קבוע בכל רתך קולי. כוח התמצקות זמן מיצוק, גם ריתוך פרמטרים, לא להתערב בתהליך החימום אבל להשפיע על האיחוד, יחד עם שאר פרמטרים, האיכות הסופית של מפרקים המרותכים. מאמר זה מציג שיטה פשוטה רומן עבור ריתוך בגלים על קוליים שדה קרוב של קופונים TPC פרט בתצורת ברכיים יחידה עבור גזירת ברכיים מכאנית, יחיד עוקבת (LSS), בדיקות הבאות ASTM (אגודה האמריקנית לבדיקות וחומרים) תקן D 1002. בדיקה מכאנית של קופונים המרותכים מאפשרת קביעת חוזק גזירת ברכיים לכאורה של המפרקים, שהוא אחד מאפיינים ביותר commרק משמש לכמת את עוצמת מפרקים מרותכים מרוכבים תרמופלסטיים 7. שיטת הריתוך המתואר במאמר זה מבוססת על שלושה יסודות מרכזיים. ראשית, מנהלי אנרגיה שטוחה רופף משמשים לייצור חום מועדף על הממשק שהצטרף 8,9 במהלך תהליך הריתוך. שנית, נתונים בתהליך שמספק רתך הקולי משמש להגדרת המשך אופטימלית במהירות של שלב הרטט עבור כוח ספציפי / משרעת שילוב 2,4. שלישית, משך שלב הרטט נשלט בעקיפין באמצעות התזוזה של sonotrode על מנת להבטיח איכות עקבית של מפרקים המרותכים 4. שיטת ריתוך זה מציע את החידושים העיקריים הבאות ויתרונות לגבי המדינה- of-the-art נהלי ריתוך עבור מרוכבים תרמופלסטיים: (א) הכנת מדגם פשוטה מופעלת על ידי שימוש דירקטורי אנרגיה שטוחים רופפים במקום דירקטורי אנרגיה יצוקים מסורתיים 3, ו (ב) מהיר גOST-יעיל לגילוי פרמטרי עיבוד על ידי ניטור תהליך in-situ בניגוד לגישות ניסוי וטעייה משותפות. למרות השיטה המתוארת במאמר זה מיועד קבלת גיאומטרית ריתוך מאוד ספציפית ופשוטה זה יכול לשמש בסיס לפיה יוגדר תהליך לריתוך של חלקים בפועל. בדל עיקרי במקרה הנובע זרימה מאולצת של במאי האנרגיה בניגוד זרימה חופשית בארבעת קצות חפיפת קופונים ברכיים יחידים.

<table><tbody><tr><td><חזק>חומר/מגיב </חזק></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>סיבי פחמן Cetex / פוליאתרימיד (CF/PEI) 5 רתמת סאטן prepreg</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>צור קשר עם ספק</td><td>החומר המשמש במחקר זה עבור הדגימות.</td></tr><tr><td>מסיר שומנים ממס PFQD</td><td>PT Technologies Europe (כיום Socomore - www.socomore.com)</td><td>צור קשר עם ספק</td><td>מסיר שומנים ממס לניקוי הדגימות ומנהלי האנרגיה.</td></tr><tr><td>מטליות</td><td></td><td></td> כותנה <td>למטרות ניקוי כלליות. לא נעשה שימוש בספק ספציפי.</td></tr><tr><td>סרט PEI 0.25 מ"מ</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>ספק צור קשר</td><td>סרט דק המשמש כמנהל אנרגיה.</td></tr><tr><td>סרט דבק</td><td>Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)</td><td>1 אינץ' x 72 yds MFG # 327402 צור קשר עם הספק לקבלת מספר קטלוגי</td><td>המשמש לחיבור מנהל אנרגיה לדגימה תחתונה לריתוך קולי.</td></tr><tr><td>שם</td><td>חברה</td><td>מספר קטלוגי</td><td>תגובות</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>V&ouml; תנור צ'י</td><td>V&ouml; tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)VTU</td> <td>60/60 - צור קשר עם הספק לקבלת מספר קטלוגי ספציפי</td><td>תנור המשמש לייבוש סרט PEI (מנהלי אנרגיה) ודגימות PEI לפני הריתוך.</td></tr><tr><td>רינקו דינמי 3000 רתך קולי</td><td>Aeson BV (www.aeson.nl/en/)</td> <td>צור קשר עם הספק</td><td>מכונת ריתוך קולי 20 קילוהרץ המשמשת לניסויי הריתוך. מספר גדלי סונוטרודה זמינים. צור קשר עם הספק לפרטים. תוכנת ACUCapture כלולה.</td></tr><tr><td>מכונת בדיקה אוניברסלית Zwick/Roell</td><td>Zwick (www.zwick.com)</td><td>Z250 - צור קשר עם הספק לקבלת מספר קטלוגי ספציפי</td><td>מכונת בדיקה אוניברסלית עם עומס מרבי של 250 kN המשמשת למדידות חוזק גזירה בהקפה אחת.</td></tr></tbody></table>

ריתוך ultrasonic של קופונים composite תרמופלסטיים עבור אפיון מכני של חיבורי ריתוך באמצעות lap יחיד בדיקות גזירה

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

מאמר זה מציג שיטה חדשה ופשוטה לריתוך קולי של קופונים תרמופלסטיים-מרוכבים בתנאי עיבוד אופטימליים. תהליך הריתוך האולטראסוני המתואר במאמר זה מבוסס על שלושה עמודי תווך עיקריים. ראשית, מנהלי אנרגיה שטוחים משמשים לייצור חום מועדף בממשק ההצטרפות במהלך תהליך הריתוך. מנהל אנרגיה שטוח הוא סרט שרף תרמופלסטי מסודר הממוקם בין החלקים שיש לחבר לפני תהליך הריתוך ומתחמם באופן מועדף בשל קשיחות הדחיסה הנמוכה שלו ביחס למצעים המרוכבים. כתוצאה מכך, מנהלי אנרגיה שטוחים מספקים פתרון פשוט שאינו דורש יציקה של בליטות שרף על משטחי המצעים המרוכבים, בניגוד לריתוך קולי של פלסטיק לא מחוזק. שנית, נתוני התהליך המסופקים על ידי הרתך האולטראסוני משמשים להגדרה מהירה של פרמטרי הריתוך האופטימליים עבור כל שילוב חומרים מרוכבים תרמופלסטיים. שלישית, בקרת תזוזה משמשת בתהליך הריתוך כדי להבטיח איכות עקבית של המפרקים המרותכים. על פי שיטה זו, קופונים שטוחים תרמופלסטיים-מרוכבים מולחמים בנפרד בתצורת ברכיים אחת. בדיקה מכנית של הקופונים המרותכים מאפשרת לקבוע את חוזק הגזירה לכאורה של המפרקים, שהוא אחד המאפיינים הנפוצים ביותר לכימות חוזקם של מפרקים מרותכים מרוכבים תרמופלסטיים.

סיבי פחמן מחוזקים polyetherimide (CF / PEI) דגימות היו מרותכות בעקבות השיטה המתוארת במאמר זה. הדגימות נלקחו לרבד מרוכבים עשויים מתוך חמישה-הרתמה סאטן בד CF / PEI, עם (0/90) רצף 3S גדישה 1.92 מ&quot;מ עובי נומינלי. דוגמאות קוצצו מן לרבד זה כך את הכיוון הברור העיקריים של הסיבים היה מקביל בצד הארוך שלהם. דירקטורים אנרגיה PEI שטוח עם עובי 0.25 מ&quot;מ שימשו. הן דגימות מרוכבים הדירקטורים אנרגיה יובשו בתנור על 135 מעלות צלזיוס במשך שעה 6 ו -1...

מתואר הליך פשוט לריתוך קולי של קופונים מרוכבים תרמופלסטיים לבדיקה מכנית בסיסית. המאפיינים העיקריים של תהליך ריתוך קולי זה הם השימוש במנהלי אנרגיה שטוחים להכנת תהליך פשוטה ושימוש בנתוני תהליך להגדרה מהירה של תנאי עיבוד אופטימליים.

ריתוך Ultrasonic של קופונים Composite תרמופלסטיים עבור אפיון מכני של חיבורי ריתוך באמצעות Lap יחיד בדיקות גזירה

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

המטרה הכללית של הליך זה היא לייצר חיבורי קומפוזיט תרמופלסטיים לבדיקות מכניות בסיסיות באמצעות מנתבי אנרגיה (energy directors) מפושטים, הגדרה מהירה של פרמטרי ריתוך אופטימליים, ובקרת הסטה להבטחת איכות ריתוך עקבית. שיטה זו מסייעת במתן תשובות לשאלות מפתח בתחום חיבור הקומפוזיטים, כגון מהי החוזק שניתן לצפות לו מחיבור מרותך ומקומפוזיט פלסטי. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מייצרת דגימות ריתוך עקביות ואיכותיות לאחר הגדרה מהירה של פרמטרי הריתוך האופטימליים.עבור הליך זה, השתמשו במלחם אולטרסוני הנשלט על ידי מיקרו-מעבד המסוגל לפעול באמפליטודה קבועה. המלחם חייב להוציא נתוני תהליך, כגון הספק מפוזר והעתקה של הסונוטרוד ביחס לזמן, למחשב. הדגמה זו משתמשת במתקן (jig) שנבנה בהתאמה אישית ותוכנן למיקום וקיבוע מדויקים של דגימות גזירה בחיבור חפיפה בודד (single-lap sheer).הפעילו את מרתך האולטרסאונד והתחברו למחשב. לפני כל ניסוי, רשמו את הפרמטרים הבאים: טמפרטורת החדר והלחות, הפנייה למערך הריתוך, סוג הסונוטרוד, מספר הדגימה והחומר, הרוחב והעובי של הדגימות העליונה והתחתונה, ועובי מנחה האנרגיה (energy director). הפעילו את תוכנת רכישת הנתונים ופתחו מפגש חדש.הדגמה זו משתמשת בסונוטרודה גלילית בעלת קוטר של 40 מילימטר. השלבים הבאים הם הוספת הדגימות ומנתב האנרגיה. ראשית, נקה את הדגימות ואת מנתב האנרגיה.לאחר מכן, הדביקו באמצעות סרט דביק את מנתב האנרגיה השטוח (energy director) לדגם התחתון. עליו לכסות שטח הגדול במעט מהשטח המיועד לריתוך. לאחר מכן, הניחו את הדגם התחתון בתוך המתאם (jig) ויישרו אותו.ולסיום, הדקו אותו על ידי הידוק הבורג העליון. לאחר מכן, הצמידו את הקצה השני של מנתב האנרגיה לבסיס המערך באמצעות סרט דביק. לאחר מכן, הניחו את הדגימה העליונה בתוך התפסו and יישרו אותה.כעת, הדקו את הבורג העליון. לאחר מכן, מקמו את התפסן עבור הדגימה העליונה בתוך הפלטפורמה הנעה והדקו את שני הברגים. לפני שמתחילים בריתוך, הדקו את כל ארבעת הברגים פעם נוספת.כדי להשיג את חוזק הריתוך הגבוה ביותר, יש לקבוע את המשך הזמן האופטימלי של שלב הרטט בהתבסס על תזוזת הסונוטרוד. משך זמן זה חייב להיקבע עבור כל שילוב של כוח ריתוך ואמפליטודת רטט. התחל בהגדרת מצב הבקרה של מכשיר הריתוך האולטרסוני לתזוזה דיפרנציאלית.לאחר מכן, הזינו את כוח הריתוך ואת אמפליטודת הרטט. שימו לב שבהגדרות של מכונה זו, האמפליטודה מבוטאת כמחצית מערך האמפליטודה שיא-לשיא (peak-to-peak). כעת, הזינו את ההעתקה או מהלך התנועה של הסונוטרודה בסוף שלב הרטט.השתמשו בערך השווה לעובי ההתחלתי של מכוון האנרגיה (energy director), שבמקרה זה הוא 0.25 מילימטרים. לאחר מכן, הזינו את כוח ההתמצקות ואת זמן ההתמצקות. בדוגמה זו, ערכים אלו הם 1,000 ניוטון ו-4,000 מילישניות.לאחר הזנת הגדרות אלו, המערכת מוכנה לביצוע ריתוכים אולטרסוניים. הרכיבו משקפי מגן ואוזניות חסינות רעש, והתחילו בתהליך. עם השלמת הריתוך, רשמו את פרמטרי הפלט הבאים: אנרגיית רעידה, הספק מרבי ומרחק ריתוך.לאחר מכן, הוצא את דגימת הריתוך (coupon) מהרכבת הריתוך, וסמן את שני קצותיה במספר זיהוי באמצעות טוש צבע. כעת, ייצא את נתוני הריתוך לגיליון אלקטרוני, ושרטט את ההספק וההעתקה (displacement) כפונקציה של הזמן במהלך שלב הרטט של התהליך. שים לב כי עקומה זו משרטטת את ההעתקה כלפי מטה של הסונוטרוד ביחס למיקומו בתחילת שלב הרטט.מהעקומות, זהו את ההעתקה במרכז מישור ההספק (power plateau). ערך העתקה זה הוא מהלך הנסיעה האופטימלי השולט במשך שלב הרעידה עבור ריתוכים בעוצמה גבוהה. השתמש בערך נסיעה אופטימלי זה בכל ריתוך עוקב עבור אותו כוח ריתוך ואותה אמפליטודה.לאחר השלמת כל הריתוכים, בדקו את חוזק הגזירה של חפיפה בודדת (single lap shear strength) בהתאם לתקן הבדיקה ASTM D1002 או תקן דומה, והשתמשו במכונת בדיקה אוניברסלית. דגימות קומפוזיט העשויות מפוליאתר-אימיד מחוזק בסיבי פחמן בעובי נומינלי של 1.92 מילימטרים רותכו באמצעות השיטה המתוארת. נעשה שימוש במכווי אנרגיה שטוחים מפוליאתר-אימיד בעובי של 0.25 מילימטרים.ערך ההתקדמות (travel) האופטימלי עבור כוח ריתוך של 300 Newton ואמפליטודה של 86.2 microns שיא-לשיא חושב כ-40% מהעובי הראשוני של מנתב האנרגיה (energy director). כדי לתקף את ההתקדמות האופטימלית שחושבה, דגימות רותכו בערכי התקדמות שונים ונבדקו לאחר מכן. חמישה ריתוכים בוצעו עבור כל ערך.חוזק הגזירה המדומה בחיבור חפיפה הגיע לשיאו בעובי של 40% מהעובי הראשוני של מנחה האנרגיה, שערך זה היה אכן ערך התנועה האופטימלי שחושב. משטחי השבר של הדגימות שנבדקו הראו אזורי ריתוך מלאים, דבר המדגים את יכולתו של מנחה האנרגיה השטוח לרתך את אזור הריתוך המיועד. לבסוף, ריתוך בבקרה של העתקה הביא לאיכות ריתוך עקבית מאוד, כפי שמעידה הפיזור הנמוך בערכי החוזק.אסטרטגיה שונה, כגון הלחמה בבקרת זמן, צפויה להוביל לפיזור גבוה, כפי שעולה מהחפיפה המשמעותית של זמני הרעידה עבור ערכי נסיעה שונים, ולפיכך, לרמות חוזק שונות. לאחר צפייה בסרטון זה, אתם תדעו כיצד ליצור חיבורים מולחמים באולטרסאונד בקומפוזיטים תרמופלסטיים באיכות אופטימלית. שיטה זו מיועדת לבדיקות מכניות בסיסיות, עם מנחי אנרגיה (energy directors) מפושטים והגדרה מפושטת של פרמטרי התהליך.ברגע שהטכניקה נלמדה, הגדרת פרמטרי הריתוך האופטימליים וריתוך של סדרת דגימות יכולים להתבצע בפחות משעתיים, אם הדבר נעשה כראוי. לאחר ביצוע הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות, כגון מיקרוסקופיה של חתך רוחבי, כדי לענות על שאלות נוספות, כגון עובי קו הריתוך או היקף אזורי השפעת החום.

ultrasonic-welding-thermoplastic-composite-coupons-for-mechanical

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מציגים פרוטוקול לשימוש בטריבומטר ובפרופילומטר אופטי בסיוע פיזואלקטרי כדי לחקור את התלות של בלאי קולי והפחתת חיכוך במהירות ליניארית, לחץ מגע ותכונות פני השטח.

ניסויים בUltrasonic שימון שימוש Tribometer סייע-Piezoelectrically וProfilometer האופטי

שיטה ניסיונית למדוד פרמטרים גיאומטריים זוויות קשר לקידום לכאורה המתאר נימי פתילה ב סינתטי חד כיווני ובדים טבעיים מוצעת. פרמטרים אלה הם חובה עבור קביעת הלחצים נימי כי חייב להילקח בחשבון עבור יישומי דפוס מרוכבים נוזליים (LCM).

פתילה ומבחני בדים חד-כיווניים: מדידות של פרמטרים נימי להערכת לחץ נימים בתהליכי דפוס Composite הנוזל

פרוטוקול עבור עייפות אולטראסאונד בדיקה באזור מחזור גבוה וגבוה במיוחד במצב טעינה מתח צירית-דחיסה.

עייפות אולטראסאונד בדיקה במצב מתח דחיסה

טכניקה חדשה עבור הפעלת לחץ איחוד-והופה שקית ואקום כדי לבדות הלוגן מורכב המתואר. המטרה של פרוטוקול זה היא לפתח טכניקה פשוטה, חסכונית כדי לשפר את האיכות של הלוגן מפוברק על ידי שיטת שקית ואקום והופה רטוב.

מגנט בסיוע ייצור מורכבים: גמיש טכניקה חדשה להשגת קונסולידציה גבוהה בלחץ בתהליכים ואקום שקית/Lay-Up

כאן, אנו מציגים את החיכוך מהומה ריתוך נקודה (FSSW) פרוטוקול על השלב כפול 780 פלדה. סיכת כלי עם סיבוב במהירות גבוהה מייצר חום מחיכוך כדי לרכך את החומר, ולאחר מכן, את הסיכה צולל לתוך 2 מפרקים גיליון ליצור את המפרק הברכיים.

יצירת מפרקים הברכיים באמצעות חיכוך מערבבים ריתוך ספוט על DP780 פלדה

מטרת המחקר היתה לפתח פרוטוקולים כדי להכין דגימות עקביות עבור בדיקה מכנית מדויקת של הגבוה בחוזק ארמיד או ultra-high-טוחנת-מבוסס פוליאתילן המוני מבוססי פלסטיק המורכב חומרים גמישים למינציה ולתאר פרוטוקולים לביצוע הזדקנות מלאכותית על חומרים אלה.

הליכי גזירה, בדיקות מתיחה, ו ההזדקנות של ציפויים חד כיווני חד-כיווני מרוכבים

מתאם תמונה דיגיטלית משמש בדיקות עייפות על מכונת בדיקת תהודה כדי לזהות סדקים מאקרוסקופי ולנטר הפצת קראק בדגימות מרותכות. סדקים על משטח הדגימה להיות גלוי כמו זנים מוגברת.

לפצח ניטור בדיקת עייפות התהודה של דגימות מרותך באמצעות מתאם תמונה דיגיטלית

במחקר זה מוצג פרוטוקול המתאר את השימוש בהדמיה מכנולומינסנטית (ML) לניטור התפשטות סדקים והתנהגות מכנית במהלך בדיקות הערכת מפרקים דביקים.

הדמיה מכנולומינסנטית של התפשטות סדקים להערכת מפרקים

מאמר זה מתאר תהליך ייצור עבור ציפויים מרוכבים של מטריצת פולימר מחוזקת בסיבים המתקבלים בשיטת הנחת יד רטובה/שקית ואקום.

מדידת התכונות המכניות של למינטים פולימריים מרוכבים לחיזוק סיבי זכוכית המתקבלים בתהליכי ייצור שונים

מתואר תהליך לרכישת מטרולוגיה כמעט בזמן אמת של חרוזי ריתוך והכנת הגיאומטריה המתקבלת באופן אוטומטי לניתוח אלמנטים סופיים.

לכידת גיאומטריה אוטומטית מבוססת לייזר לניתוח אלמנטים סופיים של חרוזי ריתוך

למד ריתוך אולטרסוני של קומפוזיטים תרמופלסטיים לבדיקות מכניות באמצעות מכשיר מבוקר מיקרו-מעבד. השיטה מייצרת חיבורים באיכות גבוהה ומגדירה במהירות פרמטרים אופטימליים לריתוך.

ריתוך Ultrasonic של קופונים Composite תרמופלסטיים עבור אפיון מכני של חיבורי ריתוך באמצעות Lap יחיד בדיקות גזירה

גלה סרטונים נוספים