Name: 단일 랩 전단 시험을 통해 용접 조인트의 기계적 특성에 대한 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: 학습하세요 열가소성 복합 재료의 초음파 용접 기법으로 고품질 용접 조인트를 제작하는 방법을. 평평한 에너지 디렉터와 변위 제어를 사용하여 최적의 용접 조건을 신속하게 정의하고 기계적 특성 시험을 위한 일관된 용접 품질을 확보합니다.

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저자는 이 논문에 설명된 작업에 대한 무료 재료 공급 형태로 Ten Cate Advanced Materials의 지원에 감사를 표합니다.

1. 시편은 초음파 용접을 위해 절단 및 준비 <ol><li> 샘플 (예를 들면, 다이아몬드 톱 또는 워터 제트 절단)의 가장자리 박리 방지 가공 기술을 사용하여 더 큰 열가소성 복합 적층 체에서 25.4 mm X 101.6 mm 측정 직사각형 시료를 잘라. 주의 : 샘플 크기는 ASTM D 1002의 기준에 기초한다. <ol><li> 용접 이음의 강도가 표면에 섬유 방향에 의존하기 때문에 같은 방향으로 모든 샘플을 절단하는데주의를 기울여야 10 용접한다. </li></ol></li><li> 경우에 제조자의 권고에 따라 오븐에서 건조 샘플을 절단 한 후, 열가소성 수지가 수분을 흡수하는 경향이있다 (예를 들면, 여섯 층 탄소 섬유를 135 ℃에서 6 시간이 CF / PEI, 샘플, 폴리 에테르이 강화). </li><li> 약 2 (크기 (복합의 행렬과 동일한 수지)​​ 깔끔한 열가소성 필름으로 만들어진 평면 에너지 이사를 잘라적어도 0.25 mm의 두께를 6mm X 26mm). 필요한 경우, 제조업체의 권장 사항은 다음 에너지 이사를 건조 (예를 들어, PEI 에너지 이사 135 ℃에서 1 시간). </li><li> 용접하기 전에 표본을 박리 코너에 대해 하나 하나를 검사하고 필요한 경우 폐기하십시오. 탈지제 및면 헝겊을 사용하여 청소합니다. 동일한 절차에 따라 평면 에너지 이사를 청소합니다. </li></ol> 단일 랩 전단 쿠폰 2. 초음파 용접 주 : 일정한 진폭으로 용접 초음파 용접기 수 제어 마이크로 프로세서는이 단계에서 사용된다. 이러한 소모 전력 및 컴퓨터 데이터 수집 소프트웨어 sonotrode 대 시간의 변위 용접기 출력 프로세스 데이터. 설계를 정확하게 배치하고 초음파 용접시 단일 랩 전단 샘플 클램프 제조 맞춤형 지그이 단계에서 사용된다 (도 1 참조). 그림 1. 초음파 용접기이 연구에 사용 된 맞춤형 용접 설치 1. sonotrode, 2 : 슬라이딩 플랫폼, (3) : (2 부착) 상부 시료에 대한 클램프, 4 : 낮은 시료에 대한 클램프 (참조에서 재판 엘스 비어의 허가 4.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol><li> 각 용접 실험 전에 로그 북 시트를 작성합니다. <ol><li> RT와 습도, 용접 설치 기준, sonotrode 유형, 샘플 수와 재료, 폭, 상단과 하단 샘플의 두께 및 에너지 이사의 두께 : 다음 매개 변수를 기록해 둡니다. </li></ol></li><li> 초음파 용접기와 컴퓨터를 켭니다. 데이터 수집 소프트웨어를 시작하고 새 세션을 엽니 다. </li><li> 아니 이미의 경우, sonot 변경그 바닥 표면은 완전히 용접 영역을 덮도록 40mm의 직경을 갖는 원통형 sonotrode 탔다. 참고 sonotrode 다른 형상이 사용될 수 있지만, 그 바닥면은 용접 영역보다 작은이어야한다. </li><li> 위치 및 용접 지그에 시험편 및 에너지 디렉터를 흥분시키는 (도 1 참조). <ol><li> 이 지역은 용접하는 것보다 약간 더 큰 지역 (12.7 mm X 25.4 mm)를 덮도록 접착 테이프로 바닥 시편에 평면 에너지 디렉터를 연결합니다. </li><li> 지그로 바닥 샘플을 놓고 상단 나사를 체결하여 고정. </li><li> 그 과정에서 위치에 유지되도록 설정의베이스에 에너지 디렉터의 다른 쪽 끝을 테이프입니다. </li><li> 클램프에 위 샘플을 놓고 맞 춥니 상단 나사를 조입니다. </li><li> 슬라이딩 플랫폼에 가기 샘플에 대한 클램프를 놓고 두 나사를 조입니다. </li><li> 더 진행하기 전에, m 한 번에 4 개의 나사를 조광석. </li></ol></li><li> 단계 2.5.8 2.5.1에​​ 기술 된 바와 같이, 높은 용접 강도를 얻기 sonotrode의 변위에 기초하여 상기 진동 단계의 최적 지속 시간을 결정한다. 주 : 진동 위상의 최적 지속 시간은 용접 력 및 진폭의 원하는 각 조합에 대해 결정된다. <ol><li> 변위 제어 모드를 차동 초음파 용접기를 설정합니다. </li><li> 입력은 (예를 들어, 300 μm의 N 및 86.2)를 초음파 용접기에 힘 진폭 용접. 주 :이 초음파 용접기를 들어 86.2 ㎛의 피크 - 투 - 피크 진폭에 상당한다. 기기 설정에서,이 값의 절반, 43.1 μm의로서 표현된다. </li><li> 입력 (예를 들면, 0.25 mm)의 에너지 디렉터의 초기 두께와 동일한 값으로 진동 위상의 끝에 sonotrode 변위 또는 여행. </li><li> 입력 응고 력 시간 초음파 용접기로 (예를 들어, 1000N 4000 밀리 초). </li><li> 준비가되면, 방음 헤드폰에 넣고 초음파 용접 공정을 시작합니다. </li><li> 용접 거리, 최대 전력, 진동 시간과 에너지 : 공정 종료 후, 다음과 같은 출력 파라미터을 기록해. 용접 설정에서 쿠폰을 제거하고 모두 페인트 마커로 끝나는에서의 식별 번호를 작성합니다. </li><li> 스프레드 시트에 용접 데이터 (전력 sonotrode 변위)를 내보내기 프로세스의 진동 단계 동안 시간 곡선 대 힘 및 변위를 플롯. 주 : 변위 곡선 진동 위상의 시작에서 그 위치에 대하여 sonotrode의 하향 변위를 플롯한다. </li><li> (이 경우, 0.10 mm에서) 그림 2에서와 같이 전원 고원 (4 단계)의 중간에 변위를 확인합니다. 주 :이 특정 변위 값 진동 위상 뜻의 지속 시간을 제어하는​​ 최적의 여행같은 용접 힘과 진폭에 대한 모든 후속 용접에 사용 될 수있다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> 도 2의 전원 (검정)과 최적의 이동량을 나타내는 초음파 용접 프로세스 변위 (회색) 곡선. 초음파 용착의 진동의 위상은 5 단계로 나눌 수있다. 최적의 이동량이 단계 4. 연구 케이스 내에 위치 : 탄소 섬유는 폴리 에테르이 미드 -PEI 기판, 0.25 mm 두께의 평면 PEI 에너지 이사, (300) N 용접 힘, 86.2 μm의 진동 진폭, 0.25 mm 여행을 강화했다. (엘스 비어의 허가 기준 4에서 재판.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="6"><li> 주어진 용접 힘과 진폭 combinatio에 대한 최적의 이동량에서 용접 쿠폰엔. <ol><li> 반복 각 용접을 위해 2.5.6 2.1 단계를 반복합니다. 단계 2.5.3에서 해당 용접 힘과 진폭 조합 단계 2.5.8에서 결정된 최적의 여행을 사용합니다. 주 : 모든 LSS 시험은 1.3 mm / 분의 크로스 헤드 속도로 만능 시험기에서 ASTM D 1002에 따라 수행된다. </li></ol></li></ol> 용접 쿠폰 3. 단일 랩 전단 강도 (LSS) 테스트 <ol><li> 측정하고 각각의 용접 쿠폰의 중복의 폭을 기록해 둡니다. </li><li> 만능 시험기를 켜고 컴퓨터에 LSS에 대한 테스트 절차를 엽니 다. </li><li> 테스트 인터페이스에서 샘플 수와 겹치는 크기를 입력한다. 0 힘 (예를 들면, 60mm) 초기 위치로 손잡이 대 그립 분리를 설정한다. </li><li> 도 3에 도시 된 바와 같이, 시험 장치의 그립에 샘플을 놓고. </li></ol><img alt="그림 3" srC = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 53592 / 53592fig3.jpg&quot;/&gt; Zwick의 / Roell 사 250 KN 만능 시험기 (축척되지 않은)에 클램프의 그림 3. 도식보기. 상부와 하부 그립 사이의 오프셋 (offset) 변위는 랩 전단 중 굽힘 최소화하기 위해 중앙 용접 라인 부하 방향을 정렬 할 수 있습니다 강도 시험. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="5"><li> &quot;시작&quot;버튼을 클릭하여 컴퓨터에서 테스트 절차를 시작합니다. </li><li> 샘플 휴식 후, 그립에서 제거 및 테이프와 함께 두 부분을 고정합니다. </li><li> 반복 3.3 다른 모든 샘플에 대한 3.6 단계를. </li><li> 검사가 완료되면, 각각의 용접 력 및 진폭의 조합을 위해, 표준에 기술 된 절차에 따라, 스프레드 시트에 데이터를 보내어 LSS 평균 값을 계산한다. </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>
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</ol>

저자는 경쟁적인 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

앞 절에서 제시된 결과는 기계적 시험을 목적으로 열가소성 복합 단일 무릎 쿠폰의 초음파 용접이 논문에서 제안하는 간단한 방법의 적합성을 나타냅니다. 다음 단락은 결과에있어서의 세 가지 기둥을 검증하는 방법을 논의, 즉 평면 느슨한 에너지 디렉터 프로세스 피드백의 사용 용도는 최적의 진동 및 용량 제어의 사용 기간뿐만 아니라, 적용 및 제한 사항을 정의 할 기술. 첫 번째 기둥에 관해서, 평면 에너지 이사는 TPC 쿠폰을 성공적으로 용접 할 수 있도록 표시됩니다. 비 강화 플라스틱 초음파 용접, 접합 오버랩보다 작은 단면적을 가진 수지 돌기의 형태로 에너지 디렉터는 용접 층간에 따라서 높은 환상 균주 우선적 점탄성 발열을 발생하는 데 필요한얼굴 6. 그러나 TPCs 초음파 용접, 용접 오버랩 같은 단면적 평면 에너지 디렉터 성공적 평면 에너지 디렉터 낮은 압축 강도 때문에 높은 환상 균주 중에 때문에 접합 계면에서 우선적 점탄성 가열 될 않는...

열가소성 복합물 (TPC)는 그들의 비용 효율적인 제조에 기여 용접 될 수있는 능력을 가지고있다. 용접은 부드럽게 또는 접합면의 열가소성 수지를 용융하고 친밀한 접촉과 용접 인터페이스를 통해 열가소성 고분자 사슬의 후속 상호 확산을 허용하도록하는 압력으로 지역 난방을 필요로한다. 분자 상호 확산이 달성되면, 감압 냉각하는 용접 조인트를 통합. 몇몇 용접 기술 한 열 그러나 메인 &quot;접착&quot;메커니즘, 즉 분자의 얽힘 소스 주로 다르다 열가소성 복합 재료에 적용 할 수 있으며, 변경되지. 초음파 용접은 (몇 초 정도)에 매우 짧은 시간 용접 쉽게 자동화를 제공하며, 열가소성 복합 기판의 보강 형 거의 독립적이다. 또한, 반응계에 2,3- 모니터링 가능성을 제공한다 </sup&gt; 회선 품질 보증에 또는 처리 창 (4)의 고속 정의에 사용될 수있다. 열가소성 복합 초음파 용접 주로 스폿 용접 공정 순차 초음파 용접을 통해 긴 이음매 그러나 성공적인 용접 문헌 5에보고되어있다. 저항 또는 유도 용접 달리, 초음파 용접 공업 지금까지 열가소성 복합 부분 사이의 구조적 관절에 적용되지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, 상당한 노력이 현재 항공기 응용 프로그램에 대한 열가소성 복합 재료의 구조 초음파 용접의 개발을 촉진하기 위해 헌신하고있다. 초음파 용접, 접합되는 부분은 횡 점탄성 표면 및 가열을 통해 발열 결과 용접 인터페이스 정적 힘 고주파 저 진폭 기계적 진동의 조합으로 실시한다. 접합 계면에서 우선적으로 가열이 촉진되고표면에 수지 돌기의 사용을 통해 기판 (6)보다 높은 주기적 변형을 겪게하고, 따라서 높은 점탄성 가열 된 용접한다. 부품 프레스 및 압전 변환기 및 부스터로 구성된 초음파 열차에 연결 sonotrode를 통해 용접 할에 힘과 진동이 작용한다. sonotrode 접점 부를 접합되는 점과 접합 계면과의 거리에 따라 차이는 근거리 및 원거리 초음파 용착 사이에 만들어 질 수있다. 근접장 용접 (sonotrode 용접 인터페이스와 6 mm 미만)는 음파 (6)을 수행하는 물질의 능력에 크게 의존 특정 열가소성 물질 원방 용접의 적용 동안 재료의 넓은 범위에 적용 할 수있다 . 초음파 용접 프로세스는 세 가지 단계로 나누어 질 수있다. 먼저, 구동력 축적 단계, 어느 sonotro 중드 서서히 소정 트리거 하중에 도달 할 때까지 부분에 힘이 증가 용접한다. 진동이 단계에서 적용되지 않습니다. 둘째, 트리거 하중에 도달하면 시작 진동 단계. 이 단계에서는 sonotrode는 용접 공정에 필요한 열을 발생 일정 시간 동안 소정 진폭으로 진동한다. 마이크로 프로세서 제어 초음파 용접기 진동 단계의 기간, 그 중 시간 (즉, 직접 제어), 변위 또는 에너지 (간접 제어)를 제어하는 몇 가지 옵션을 제공합니다. 이 단계에서 가해지는 힘은 힘을 용접 상수 트리거 하중 동일하게 유지할 수있다 즉, 서서히 진동의인가 동안 변화 될 수있다. 셋째, 용접 부분이 허용되는 동안 응고 단계는 일정 시간 동안 소정의 응고 력 하에서 냉각. 진동이 마지막 단계에서 적용되지 않습니다. 용접 FORCE, 진동의 진폭, 진동수 및 진동 위상 기간 (직접 또는 간접적으로 에너지 또는 변위를 통해 제어)의 발열을 제어하는​​ 용접 파라미터이다. 주파수는 각 초음파 용접기 고정하는 동안 힘, 크기 및 지속 시간은 사용자 정의 매개 변수입니다. 응고 력 및 고화 시간도 파라미터 용접 파라미터의 나머지 용접부의 최종 품질과 함께, 가열 공정에 개입하지만, 통합에 영향을하지 않는다. 이 논문은 D 1002 규격 (미국 재료 시험 학회) ASTM 다음 후속 기계, 하나의 랩 전단 (LSS) 테스트를위한 하나의 랩 구성에 개인 TPC 쿠폰의 근접장 초음파 용접을위한 새로운 간단한 방법을 제안한다. 용접 쿠폰의 기계 시험 특성을 가장 통신 중 하나 관절 명백 랩 전단 강도를 결정하는 허용단, 열가소성 복합 용접부 (7)의 강도를 정량화하는 데 사용된다. 이 논문에 기재된 접합 방법은 세 가지 기둥에 기초한다. 우선, 이른바 플랫 에너지 디렉터는 용접 공정 중에 접합 계면에서 우선적 8,9 발열 사용된다. 둘째, 초음파 용접기에 의해 제공되는 프로세스 데이터가 빠르게 특정 힘 / 진폭 조합 2,4-위한 진동 위상의 최적 지속 시간을 정의하는 데 사용된다. 셋째, 진동 위상 기간 간접적 용접부 (4)의 일정한 품질을 보장하기 위해 sonotrode의 변위를 통해 제어된다. 이 용접 방법은 열가소성 복합 재료에 대한 최신의 용접 절차에 관해서는 다음과 같은 주요 참신하고 장점을 제공한다 : (a) 단순화 된 샘플 대신 기존의 성형 에너지 이사 3의 느슨한 평면 에너지 이사의 사용에 의해 사용 준비, (b)는 빠르고 C일반적인 시행 착오 접근 방식에 반대 인 시츄 프로세스 모니터링에 기초하여 공정 변수 OST 효율적인 정의. 본 문서에 기재된 방법은 매우 간단한 용접 특정 형상을 얻기에 맞는하지만 실제 부품 용접 절차를 정의하는 기반이 될 수있다. 단일 랩 쿠폰의 오버랩의 네 모서리에 흐름 제한 반대 경우의 주된 차이는, 에너지 디렉터의 제한된 흐름의 결과.

<table><tbody><tr><td>Material/Reagent</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cetex 탄소 섬유/폴리에테르이미드(CF/PEI) 5 하네스 새틴 프리프레그</td><td>TenCate Advanced Composites(www.tencate.com)</td><td>공급업체에 문의</td><td>이 연구에 사용된 재료: 시편에 대해 이 연구에 사용된 재료.</td></tr><tr><td>PFQD 솔벤트 탈지제</td><td>PT Technologies Europe (now Socomore - www.socomore.com)</td>시<td>편 및 에너지 디렉터 세척을 위해 공급 업체 용 솔벤트 탈지제</td><td>에 문의하십시오</td>.</tr><tr><td>면포:</td><td></td><td></td><td>일반적인 청소용. 특정 공급업체가 사용되지 않았습니다.</td></tr><tr><td>0.25mm PEI 필름</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>공급 업체에 문의</td><td>에너지 디렉터로 사용되는 박막.</td></tr><tr><td>접착 테이프</td><td>Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)</td><td>1" x 72 yds MFG # 327402 카탈로그 번호는 공급업체에 문의하십시오</td><td>. 초음파 용접을 위해 하단 샘플에 에너지 디렉터를 부착하는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>V&ouml; tsch 오븐</td><td>V&ouml; tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)</td><td>VTU 60/60 - 특정 카탈로그 번호에 대해서는 공급업체에 문의하십시오</td><td>: 용접 전에 PEI 필름(에너지 디렉터) 및 PEI 시편을 건조하는 데 사용되는 오븐.</td></tr><tr><td>Rinco Dynamic 3000 초음파 용접기</td><td>Aeson BV (www.aeson.nl/en/)</td><td>용접</td><td>실험에 사용되는 20kHz 초음파 용접기 공급 업체에 문의하십시오. 여러 sonotrode 크기를 사용할 수 있습니다. 자세한 내용은 공급업체에 문의하십시오. ACUCapture 소프트웨어가 포함되어 있습니다.</td></tr><tr><td>Zwick/Roell 만능재료시험기</td><td>Zwick (www.zwick.com)</td><td>Z250 - 특정 카탈로그 번호에 대해서는 공급업체에 문의하십시오</td>: <td>단일 랩 전단 강도 측정에 사용되는 최대 하중 250kN의 만능 재료 시험기.</td></tr></tbody></table>

단일 랩 전단 시험을 통해 용접 조인트의 기계적 특성에 대한 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접

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

이 논문은 최적의 가공 조건에서 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접을 위한 새롭고 간단한 방법을 제시합니다. 이 백서에 설명된 초음파 용접 공정은 세 가지 주요 기둥을 기반으로 합니다. 첫째, 플랫 에너지 디렉터는 용접 공정 중 접합 인터페이스에서 우선적인 발열에 사용됩니다. 플랫 에너지 디렉터는 용접 공정 전에 접합할 부품 사이에 배치되고 복합 기판에 비해 압축 강성이 낮기 때문에 우선적으로 가열되는 깔끔한 열가소성 수지 필름입니다. 결과적으로, 플랫 에너지 디렉터는 강화되지 않은 플라스틱의 초음파 용접과 달리 복합 기판 표면의 수지 돌출부를 성형할 필요가 없는 간단한 솔루션을 제공합니다. 둘째, 초음파 용착기가 제공하는 공정 데이터는 모든 열가소성 복합 재료 조합에 대한 최적의 용접 매개변수를 신속하게 정의하는 데 사용됩니다. 셋째, 변위 제어는 용접 공정에서 용접 조인트의 일관된 품질을 보장하는 데 사용됩니다. 이 방법에 따르면 열가소성 복합 플랫 쿠폰은 단일 랩 구성으로 개별적으로 용접됩니다. 용접 쿠폰의 기계적 테스트를 통해 이음매의 겉보기 무릎 전단 강도를 결정할 수 있으며, 이는 열가소성 복합 용접 이음매의 강도를 정량화하는 데 가장 일반적으로 사용되는 속성 중 하나입니다.

탄소 섬유 강화 폴리 에테르이 미드 (CF / PEI) 샘플이 논문에 기술 된 방법에 따라 용접 하였다. 샘플 (0/90) 3S 적층 순서와 1.92 mm 공칭 두께, 새틴 패브릭 CF / PEI 다섯 하네스 만든 복합 적층에서 얻었다. 섬유의 방향이 주 명백 최장 측과 평행이되도​​록 샘플이 라미네이트로부터 절단 하였다. 0.25 mm 두께로 평면 PEI 에너지 디렉터가 사용되었다. 제조자에 의해 나타낸 바와 같이, 복합 샘플 및 에너지 디렉터는 모두 각각 6 및 1 시간 동안 135 ℃에서 오븐에서 건조시켰다. 0.25 mm 여행, 0.10 mm 주위에 최적의 이동량, 즉, 에너지 감독의 초기 두께의 40 %를 얻은 힘과 변위 곡선을 사용하여, 300 N 용접 힘과 86.2 μm의 피크에서 용접 CF / PEI의 샘플을 얻었다 -to-피크 진폭 (그림 2 참조 </strong&gt;). 이러한 용접 ...

기본 기계 테스트를 위한 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접을 위한 간단한 절차에 대해 설명합니다. 이 초음파 용착 공정의 주요 특징은 단순화된 공정 준비를 위한 평면 에너지 디렉터의 사용과 최적의 공정 조건의 빠른 정의를 위한 공정 데이터의 사용입니다.

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

이 절차의 전반적인 목표는 단순화된 에너지 디렉터를 사용하고, 최적의 용접 파라미터를 신속하게 정의하며, 일관된 용접 품질을 위해 변위 제어를 적용함으로써 기초 기계적 시험을 위한 열가소성 복합재 접합부를 제작하는 것입니다. 이 방법은 용접된 접합부와 플라스틱 복합재로부터 기대할 수 있는 강도는 어느 정도인가와 같은 복합재 접합 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 됩니다. 이 기술의 주요 장점은 최적의 용접 파라미터를 빠르게 정의한 후 일관되게 고품질의 용접 시편을 제작할 수 있다는 점입니다.본 절차를 위해 일정한 진폭으로 작동할 수 있는 마이크로프로세서 제어 초음파 용접기를 준비하십시오. 용접기는 소모 전력 및 시간에 따른 소노트로드(sonotrode)의 변위와 같은 공정 데이터를 컴퓨터로 출력할 수 있어야 합니다. 본 시연에서는 단일 겹침 전단 시편을 정확하게 배치하고 고정하도록 설계된 맞춤형 지그를 사용합니다.초음파 용접기를 켜고 컴퓨터에 로그인합니다. 각 실험 전 다음 매개변수를 기록하십시오: 실내 온도 및 습도, 용접 설정 참조, 소노트로드 유형, 시료 번호 및 재질, 상단 및 하단 시료의 너비와 두께, 그리고 에너지 디렉터의 두께. 데이터 수집 소프트웨어를 실행하고 새 세션을 엽니다.본 시연에서는 직경 40mm의 원통형 소노트로드(sonotrode)를 사용합니다. 다음 단계는 시료와 에너지 디렉터(energy director)를 추가하는 것입니다. 먼저, 시료와 에너지 디렉터를 세척하십시오.그런 다음, 평면 에너지 디렉터를 하단 시료에 테이프로 고정합니다. 이때 에너지 디렉터는 용접될 영역보다 약간 더 넓은 면적을 덮어야 합니다. 그 후, 하단 시료를 지그에 배치하고 정렬합니다.그런 다음, 상단 나사를 조여 고정합니다. 다음으로, 에너지 디렉터의 반대쪽 끝을 테이프를 사용하여 설정 장치의 바닥에 고정합니다. 그런 다음, 상단 시료를 클램프에 넣고 정렬합니다.이제 상단 나사를 조입니다. 그런 다음, 상단 시료용 클램프를 슬라이딩 플랫폼에 배치하고 두 나사를 모두 조입니다. 용접을 진행하기 전에 네 개의 나사를 다시 한번 모두 조여 줍니다.최고의 용접 강도를 달성하려면 소노트로드(sonotrode)의 변위량을 기준으로 진동 단계의 최적 지속 시간을 결정해야 합니다. 이 지속 시간은 용접 힘과 진동 진폭의 각 조합에 대해 결정되어야 합니다. 우선 초음파 용접기의 제어 모드를 미분 변위(differential displacement)로 설정하는 것부터 시작하십시오.다음으로, 용접 하중과 진동 진폭을 입력하십시오. 이 장비의 설정에서 진폭은 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭 값의 절반으로 표시된다는 점에 유의하시기 바랍니다. 이제 진동 단계 종료 시의 소노트로드(sonotrode) 변위 또는 이동 거리를 입력하십시오.에너지 디렉터의 초기 두께와 동일한 값을 사용하며, 이 예시에서는 0.25 mm입니다. 그런 다음, 응고력과 응고 시간을 입력하십시오. 본 예시에서 이 값들은 1,000 N 및 4,000 ms입니다.이 설정들을 입력하면 시스템이 초음파 용접을 수행할 준비가 됩니다. 보호 안경과 방음 헤드폰을 착용한 후 프로세스를 시작하십시오. 용접을 완료한 후 진동 에너지, 최대 출력 및 용접 거리와 같은 다음 출력 매개변수를 기록하십시오.그 다음, 용접 장치에서 쿠폰을 제거하고 페인트 마커를 사용하여 양 끝에 식별 번호를 표시합니다. 이제 용접 데이터를 스프레드시트로 내보내고, 공정의 진동 단계 동안 시간 대비 출력과 변위를 그래프로 그립니다. 이때 이 곡선은 진동 단계 시작 시점의 위치를 기준으로 한 소노트로드(sonotrode)의 하향 변위를 나타낸다는 점에 유의하십시오.곡선을 통해 전력 평탄부(power plateau) 중앙의 변위량을 확인하십시오. 이 변위 값은 고강도 용접 시 진동 단계의 지속 시간을 제어하는 최적 이동 거리입니다. 동일한 용접 압력과 진폭을 사용하는 이후의 모든 용접 과정에서 이 최적 이동 거리 값을 사용하십시오.모든 용접을 완료한 후, ASTM D1002 시험 표준 또는 유사한 표준에 따라 만능 재료 시험기를 사용하여 단일 겹치기 전단 강도를 테스트하십시오. 공칭 두께 1.92 mm의 탄소 섬유 강화 폴리에테르이미드로 제작된 복합재 샘플을 설명된 방법을 사용하여 용접하였습니다. 두께 0.25 mm의 평평한 폴리에테르이미드 에너지 디렉터를 사용하였습니다.300 Newton의 용접 힘과 86.2 microns의 peak-to-peak 진폭에 대한 최적 이동 값은 에너지 디렉터 초기 두께의 40%로 계산되었습니다. 계산된 최적 이동 값을 검증하기 위해, 서로 다른 이동 값에서 샘플을 용접한 후 테스트를 진행하였습니다. 각 값에 대해 5개의 용접을 수행하였습니다.겉보기 겹침 전단 강도는 에너지 디렉터 초기 두께의 40%에서 정점을 찍었으며, 이는 실제로 계산된 최적 이동 거리 값과 일치했습니다. 테스트된 시료의 파단면은 완전히 용접된 영역을 보여주었으며, 이는 평면형 에너지 디렉터가 의도한 용접 영역을 용접할 수 있는 능력이 있음을 입증합니다. 마지막으로, 변위 제어 용접은 강도 값의 낮은 분산에서 알 수 있듯이 매우 일관된 용접 품질을 나타냈습니다.시간 제어 용접과 같은 다른 전략은 서로 다른 이동 값, 즉 서로 다른 강도 수준에 따른 진동 시간의 상당한 중첩이 시사하듯 높은 산포를 초래할 것으로 예상됩니다. 이 영상을 시청하고 나면 최적의 품질로 열가소성 복합재의 초음파 용접 조인트를 제작하는 방법을 알게 될 것입니다. 이 방법은 단순화된 에너지 디렉터와 단순화된 공정 변수 정의를 적용한 기초 기계적 테스트를 위해 고안되었습니다.숙달된 후 적절하게 수행한다면, 최적 용접 파라미터의 정의와 일괄 샘플 용접을 2시간 이내에 완료할 수 있습니다. 이 절차에 이어, 용접선의 두께나 열영향부의 확장과 같은 추가적인 질문에 답하기 위해 단면 현미경 관찰과 같은 다른 방법들을 수행할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

우리는 압전 보조 마찰 계와 광학 프로필로미터를 사용하여 선속도, 접촉 압력 및 표면 특성에 대한 초음파 마모 및 마찰 감소의 의존성을 조사하기 위한 프로토콜을 제시합니다.

초음파 윤활에 대한 실험은 압전 이용한 마찰 계 및 광학 프로파일로 사용

실험 방법은 기하학적 파라미터 제안 단방향 합성 및 천연 섬유의 모세관 위킹을 설명 겉보기 전진 접촉각을 측정 하였다. 이러한 매개 변수는 액체 복합 성형 (LCM) 응용 프로그램에 대한 고려되어야한다 모세관 압력의 결정을위한 필수입니다.

단방향 직물에 대한 테스트를 심지 : 모세관 매개 변수의 측정은 액체 복합 성형 공정에서 모세관 압력을 평가하는

초음파 피로 축 긴장-압축 로드 모드에서 높고 매우 높은 순환 영역에서 테스트에 대 한 프로토콜.

초음파 피로 긴장-압축 모드에서 테스트

통합 압력 진공 가방 레이 업 합성 합판 제품을 날조 하는 것에 적용 하기 위한 새로운 기술을 설명 합니다. 이 프로토콜의 목표는 젖은 레이 업 진공 가방 방법으로 조작 하는 합판 제품의 품질 향상을 위한 간단 하 고 비용 효율적인 기술 개발입니다.

자석 복합 제조 지원: 유연한 새로운 기술 진공 가방/Lay 업 프로세스에 높은 통합 압력을 달성 하기 위한

여기서, 우리는 이중 상 780 강철에 마찰 교반 스폿 용접 (FSSW) 프로토콜을 제시한다. 고속 회전이 있는 공구 핀은 마찰로 인한 열을 발생시켜 재료를 부드럽게 한 다음 핀이 2시트 조인트에 급락하여 랩 조인트를 만듭니다.

DP780 강철의 마찰 교반 점 용접을 통해 랩 조인트 생성

연구의 목표는 고강도 아라미드 또는 초고강도 아라미드 또는 초고어치 질량 폴리에틸렌 기반의 유연한 단방향 복합 라미네이트 재료의 정확한 기계적 테스트를 위해 일관된 표본을 준비하는 프로토콜을 개발하고 설명하는 것이었습니다. 이러한 물질에 인공 노화를 수행하기위한 프로토콜.

절단 절차, 인장 테스트 및 유연한 단방향 복합 라미네이트의 노화

디지털 이미지 상관 관계는 공진 테스트 기계의 피로 테스트에 사용되어 거시적 균열을 감지하고 용접 된 표본의 균열 전파를 모니터링합니다. 시편 표면의 균열은 증가 된 균주로 볼 수 있게됩니다.

디지털 이미지 상관 관계를 사용하여 용접된 시편의 공진 피로 테스트에서 균열 모니터링

이 연구에서는 접착 조인트 평가 테스트 중 균열 전파 및 기계적 거동을 모니터링하기 위해 기계 발광(ML) 시각화를 사용하는 방법을 설명하는 프로토콜을 제시합니다.

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이 논문은 습식 핸드 레이업/진공 백 방법을 사용하여 얻은 섬유 강화 폴리머 매트릭스 복합 라미네이트의 제조 공정을 설명합니다.

다양한 제조 공정에서 얻은 유리 섬유 강화 고분자 복합 라미네이트의 기계적 특성 측정

용접 비드의 거의 실시간 계측을 획득하고 유한 요소 분석을 위해 결과 형상을 자동으로 준비하는 프로세스가 설명되어 있습니다.

용접 비드의 유한 요소 분석을 위한 자동 레이저 기반 형상 캡처

학습하세요 열가소성 복합 재료의 초음파 용접 기법으로 고품질 용접 조인트를 제작하는 방법을. 평평한 에너지 디렉터와 변위 제어를 사용하여 최적의 용접 조건을 신속하게 정의하고 기계적 특성 시험을 위한 일관된 용접 품질을 확보합니다.

단일 랩 전단 시험을 통해 용접 조인트의 기계적 특성에 대한 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접

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