Introduction
थर्माप्लास्टिक कंपोजिट (टीपीसी) जो उनकी लागत प्रभावी विनिर्माण के लिए योगदान की क्षमता वेल्डेड किया जाना है, लोगों की है। वेल्डिंग नरम या में शामिल होने सतहों के थर्माप्लास्टिक राल पिघला और घनिष्ठ संपर्क और वेल्डिंग इंटरफेस के पार थर्माप्लास्टिक बहुलक श्रृंखला के बाद के अंतर-प्रसार के लिए अनुमति देने के लिए दबाव के तहत स्थानीय हीटिंग की आवश्यकता है। एक बार जब आणविक अंतर-प्रसार हासिल की है, दबाव में नीचे ठंडा वेल्डेड संयुक्त समेकित करता है। कई वेल्डिंग तकनीक थर्माप्लास्टिक कंपोजिट जो गर्मी 1, हालांकि, मुख्य "आसंजन" तंत्र, यानी, आणविक उलझाव के स्रोत में मुख्य रूप से अलग करने के लिए लागू कर रहे हैं, अपरिवर्तित रहता है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग बहुत ही कम वेल्डिंग बार (एक कुछ सेकंड के क्रम में), आसान स्वचालन प्रदान करता है और यह थर्माप्लास्टिक समग्र substrates में सुदृढीकरण के प्रकार के लगभग स्वतंत्र है। इसके अलावा, यह सीटू की निगरानी 2,3 के लिए संभावना प्रदान करता है 4 की तेजी परिभाषा के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। थर्माप्लास्टिक कंपोजिट अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग ज्यादातर एक स्थान वेल्डिंग की प्रक्रिया, अनुक्रमिक अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के माध्यम से लंबे समय तक तेजी की लेकिन सफल वेल्डिंग साहित्य 5 में सूचित कर दिया गया है। के रूप में प्रतिरोध या प्रेरण वेल्डिंग करने का विरोध किया, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग औद्योगिक रूप से अब तक थर्माप्लास्टिक समग्र भागों के बीच संरचनात्मक जोड़ों के लिए लागू नहीं किया गया है। फिर भी, महत्वपूर्ण प्रयास वर्तमान में विमान अनुप्रयोगों के लिए थर्माप्लास्टिक कंपोजिट के संरचनात्मक अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के विकास को आगे बढ़ाने के लिए समर्पित किया जा रहा है।
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में, भागों शामिल होने के लिए अनुप्रस्थ वेल्डिंग इंटरफेस है, जो सतह और viscoelastic हीटिंग के माध्यम से गर्मी पीढ़ी में यह परिणाम को स्थिर बल और उच्च आवृत्ति कम आयाम यांत्रिक कंपन का एक संयोजन के अधीन हैं। वेल्डिंग इंटरफेस में तरजीही हीटिंग पदोन्नत किया हैसतहों पर राल उभार के उपयोग के माध्यम वेल्डेड जा जो उच्च चक्रीय तनाव से गुजरना है, और इस प्रकार उच्च viscoelastic हीटिंग, substrates 6 से। सेना और कंपन लगाए गए कर रहे हैं भागों एक प्रेस करने के लिए और एक अल्ट्रासोनिक पीजो इलेक्ट्रिक कनवर्टर और बूस्टर से मिलकर ट्रेन से जुड़ा एक sonotrode के माध्यम से वेल्डेड पर। इस मुद्दे पर जहां sonotrode संपर्कों हिस्सा शामिल होने के लिए और वेल्डिंग इंटरफेस के बीच की दूरी पर निर्भर करता है, एक अंतर के पास मैदान और अभी तक क्षेत्र अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के बीच किया जा सकता है। पास मैदान वेल्डिंग (sonotrode और वेल्डिंग इंटरफ़ेस के बीच कम से कम 6 मिमी) एक विशिष्ट थर्माप्लास्टिक सामग्री के लिए अभी तक क्षेत्र में वेल्डिंग की प्रयोज्यता whilst सामग्री की एक व्यापक श्रृंखला के लिए लागू किया जाता है सामग्री की क्षमता ध्वनि तरंगों 6 का संचालन करने पर अत्यधिक निर्भर है ।
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की प्रक्रिया तीन मुख्य चरणों में विभाजित किया जा सकता है। सबसे पहले, एक शक्ति का निर्माण हुआ चरण है, जो sonotro दौरानडी धीरे-धीरे बढ़ जाती है जब तक एक निश्चित ट्रिगर बल पर पहुंच गया है भागों पर बल वेल्डेड किया जाना है। कोई कंपन इस चरण के दौरान लागू किया जाता है। दूसरे, एक कंपन चरण है, जो एक बार ट्रिगर बल पर पहुंच गया है शुरू होता है। इस चरण में sonotrode गर्मी वेल्डिंग की प्रक्रिया के लिए आवश्यक पैदा करने के लिए समय की एक निश्चित राशि के लिए निर्धारित आयाम पर vibrates। माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रित अल्ट्रासोनिक वेल्डर कंपन चरण की अवधि, उन के बीच समय (यानी, प्रत्यक्ष नियंत्रण), विस्थापन या ऊर्जा (अप्रत्यक्ष नियंत्रण) को नियंत्रित करने के लिए कई विकल्प प्रदान करते हैं। बल, इस चरण के दौरान लागू यानी, वेल्डिंग बल, निरंतर और ट्रिगर बल के बराबर रखा जा सकता है या धीरे-धीरे कंपन के आवेदन के दौरान अलग किया जा सकता है। तीसरा, एक solidification चरण, जिसके दौरान वेल्डेड भागों अनुमति दी जाती है समय की एक निश्चित राशि के लिए एक निश्चित दृढ़ीभवन बल के तहत शांत करने के लिए। कोई कंपन इस अंतिम चरण के दौरान लागू किया जाता है।
वेल्डिंग के लिएRCE, कंपन आयाम, कंपन आवृत्ति और कंपन चरण की अवधि (या तो सीधे या परोक्ष रूप से ऊर्जा या विस्थापन के माध्यम से नियंत्रित) वेल्डिंग पैरामीटर है कि गर्मी पीढ़ी को नियंत्रित कर रहे हैं। जबकि प्रत्येक आवृत्ति अल्ट्रासोनिक वेल्डर के लिए तय हो गई है सेना, आयाम और अवधि, उपयोगकर्ता द्वारा निर्धारित मानकों हैं। Solidification बल और solidification समय भी मानकों को वेल्डिंग, मापदंडों के बाकी है, वेल्डेड जोड़ों के अंतिम गुणवत्ता के साथ गर्म करने की प्रक्रिया में हस्तक्षेप नहीं है, लेकिन प्रभावित करते हैं और समेकन, एक साथ।
यह पत्र एक उपन्यास सीधा बाद में यांत्रिक, एकल गोद कतरनी (LSS), परीक्षण ASTM डी 1,002 मानक (परीक्षण और सामग्री के लिए अमेरिकन सोसायटी) निम्नलिखित के लिए एक एकल गोद विन्यास में अलग-अलग टीपीसी कूपन के पास मैदान अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए विधि प्रस्तुत करता है। वेल्डेड कूपन के यांत्रिक परीक्षण जोड़ों के स्पष्ट गोद कतरनी ताकत है, जो गुण सबसे कॉम में से एक है का निर्धारण करने की अनुमति देता हैकेवल थर्माप्लास्टिक समग्र वेल्डेड जोड़ों 7 की शक्ति यों इस्तेमाल किया। इस पत्र में वर्णित वेल्डिंग विधि के तीन मुख्य स्तंभों पर आधारित है। सबसे पहले, ढीला फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों में शामिल होने इंटरफेस 8,9 वेल्डिंग की प्रक्रिया के दौरान कम से तरजीही गर्मी पीढ़ी के लिए उपयोग किया जाता है। दूसरे, अल्ट्रासोनिक वेल्डर द्वारा प्रदान की प्रक्रिया डेटा तेजी से एक विशेष बल / आयाम संयोजन 2,4 के लिए कंपन चरण का अधिकतम अवधि को परिभाषित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। तीसरा, कंपन चरण की अवधि परोक्ष रूप से आदेश वेल्डेड जोड़ों 4 के अनुरूप गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए sonotrode के विस्थापन के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। इस वेल्डिंग विधि निम्नलिखित मुख्य सस्ता माल और थर्माप्लास्टिक कंपोजिट के लिए राज्य के अत्याधुनिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं के संबंध के साथ लाभ प्रदान करता है: (क) सरलीकृत नमूना तैयार परंपरागत ऊर्जा ढाला निर्देशकों 3 के बजाय ढीला फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों के उपयोग से सक्षम है, और (ख) तेजी से और गके रूप में आम परीक्षण और त्रुटि दृष्टिकोण करने के लिए विरोध में सीटू प्रक्रिया की निगरानी पर आधारित प्रसंस्करण मानकों की Ost-कुशल परिभाषा। हालांकि विधि इस पत्र में वर्णित एक बहुत विशिष्ट और सरल वेल्डिंग ज्यामिति प्राप्त करने की दिशा में सक्षम है, यह वास्तविक भागों की वेल्डिंग के लिए एक प्रक्रिया को परिभाषित करने के लिए एक आधार के रूप में सेवा कर सकते हैं। उस मामले में एक मुख्य अंतर के रूप में एकल गोद कूपन में ओवरलैप के चार किनारों पर अप्रतिबंधित प्रवाह का विरोध करने के लिए ऊर्जा के निदेशक विवश प्रवाह का परिणाम है।
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Protocol
1. नमूना काटना और अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए तैयारी
- आयताकार एक बड़ा थर्माप्लास्टिक समग्र टुकड़े टुकड़े एक काटने तकनीक है कि नमूने (जैसे, हीरे-देखा या पानी जेट काटने) के किनारों के delamination का उपयोग करने से रोकता है मापने 25.4 मिमी x 101.6 मिमी नमूने कट।
नोट: नमूने के आयामों ASTM डी 1,002 मानक पर आधारित हैं।- 10 वेल्डेड होने के बाद से वेल्डेड जोड़ों की ताकत सतहों पर फाइबर की ओर रुख पर निर्भर करता है, ध्यान रखना ही ओरिएंटेशन में सभी नमूनों में कटौती करने के लिए।
- (जैसे, छह-परत कार्बन फाइबर के लिए 135 डिग्री सेल्सियस पर 6 घंटा प्रबलित polyetherimide, सीएफ / पी, नमूने) के मामले में निर्माता की सिफारिशों के अनुसार एक ओवन में कटौती, सूखी नमूने बाद थर्माप्लास्टिक राल नमी को अवशोषित करने के लिए जाता है।
- आकार के फ्लैट ऊर्जा (कम्पोजिट में मैट्रिक्स के रूप में ही राल) स्वच्छ थर्माप्लास्टिक फिल्म से बाहर कर दिया निर्देशकों कट (लगभग 26 मिमी x 26 मिमी) कम से कम 0.25 मिमी की मोटाई के साथ। यदि आवश्यक हो, निर्माता की सिफारिशों के बाद ऊर्जा निदेशक शुष्क (जैसे, पी ऊर्जा निर्देशक के लिए 135 डिग्री सेल्सियस पर 1 घंटे)।
- वेल्डिंग से पहले नमूनों Delaminated कोनों के लिए एक के बाद एक का निरीक्षण किया और यदि आवश्यक हो तो त्यागें। एक degreaser और एक सूती कपड़े का उपयोग कर उन्हें साफ करें। उसी प्रक्रिया का पालन फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों को साफ करें।
2. एकल गोद कतरनी कूपन की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग
नोट: एक माइक्रो-प्रोसेसर अल्ट्रासोनिक वेल्डर निरंतर आयाम पर वेल्ड करने के लिए सक्षम नियंत्रित इस चरण में प्रयोग किया जाता है। इस तरह से व्यस्त शक्ति और एक कंप्यूटर में sonotrode बनाम डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर करने के लिए समय के विस्थापन के रूप में वेल्डर outputs प्रक्रिया डेटा। डिजाइन किया गया है और इसे सही स्थिति और अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के दौरान एकल गोद कतरनी नमूने शिकंजा कसने के लिए निर्मित एक कस्टम निर्मित जिग इस चरण में प्रयोग किया जाता है (चित्रा 1 देखें)।
चित्रा 1. अल्ट्रासोनिक वेल्डर और कस्टम निर्मित वेल्डिंग इस अध्ययन में इस्तेमाल सेटअप 1:। Sonotrode, 2: रपट मंच, 3: ऊपरी नमूना (2 से जुड़ी) के लिए बंद करना, और 4: कम नमूना के लिए दबाना (संदर्भ से पुनर्प्रकाशित Elsevier से अनुमति के साथ 4।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
- प्रत्येक वेल्डिंग प्रयोग से पहले एक कार्यपंजी चादर को भरें।
- आर टी और आर्द्रता, वेल्डिंग सेटअप संदर्भ, sonotrode प्रकार, नमूना संख्या और सामग्री, चौड़ाई और ऊपर और नीचे के नमूनों की मोटाई, और ऊर्जा निदेशक की मोटाई: निम्नलिखित मानकों का ध्यान रखना।
- अल्ट्रासोनिक वेल्डर और कंप्यूटर चालू करें। डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर शुरू करें और एक नया सत्र खुला।
- यदि पहले से ही जगह में नहीं, sonot बदल40 मिमी की एक व्यास के साथ एक बेलनाकार sonotrode के लिए सवार हुआ तो यह है कि अपने नीचे की सतह पूरी तरह से वेल्डिंग क्षेत्र शामिल हैं।
नोट: sonotrode की एक अलग आकार के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन इसके नीचे की सतह वेल्डिंग क्षेत्र से छोटा नहीं होना चाहिए। - स्थिति और वेल्डिंग जिग में नमूनों और ऊर्जा निदेशक fixate (चित्रा 1 देखें)।
- चिपकने वाला टेप के साथ नीचे नमूना करने के लिए एक फ्लैट ऊर्जा निदेशक संलग्न इतना है कि यह एक थोड़ा बड़ा क्षेत्र वेल्डेड से (12.7 मिमी x 25.4 मिमी) शामिल हैं।
- नीचे नमूना जिग में रखें और शीर्ष पेंच कस द्वारा इसे दबाना।
- सेटअप के आधार पर ऊर्जा निर्देशक के दूसरे छोर टेप इतना है कि यह प्रक्रिया के दौरान जगह में रहता है।
- ऊपरी नमूना दबाना में रखें, यह पंक्ति और शीर्ष पेंच कस लें।
- रपट मंच में शीर्ष नमूना के लिए दबाना स्थिति और दोनों शिकंजा कस लें।
- आगे बढ़ने से पहले, एक बार सभी चार मीटर शिकंजा कसअयस्क।
- कदम 2.5.8 के लिए 2.5.1 में वर्णित है, कंपन sonotrode उच्चतम वेल्ड ताकत हासिल करने के लिए के विस्थापन पर आधारित चरण का अधिकतम अवधि का निर्धारण करें।
नोट: कंपन चरण के एक इष्टतम अवधि वेल्डिंग बल और कंपन आयाम के प्रत्येक वांछित संयोजन के लिए चुना गया है।- विस्थापन नियंत्रण मोड करने के लिए अंतर अल्ट्रासोनिक वेल्डर सेट करें।
- इनपुट अल्ट्रासोनिक वेल्डर में बल और कंपन आयाम वेल्डिंग (उदाहरण के लिए, 300 एन और 86.2 माइक्रोन)।
नोट: इस अल्ट्रासोनिक वेल्डर के लिए, 86.2 माइक्रोन चोटी से पीक कंपन आयाम से मेल खाती है। मशीन सेटिंग्स में, यह इस आधे मूल्य, 43.1 माइक्रोन के रूप में व्यक्त किया जाता है। - इनपुट sonotrode विस्थापन, या यात्रा, ऊर्जा निदेशक (उदाहरण के लिए, 0.25 मिमी) की प्रारंभिक मोटाई के बराबर एक मूल्य के रूप में कंपन चरण के अंत में।
- इनपुट दृढ़ीभवन बल और समय अल्ट्रासोनिक वेल्डर में (उदाहरण के लिए, 1000एन और 4,000 मिसे)।
- जब तैयार है, ध्वनिरहित headphones पर डाल दिया और अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की प्रक्रिया शुरू करते हैं।
- वेल्डिंग दूरी, अधिकतम शक्ति, कंपन समय और ऊर्जा: इस प्रक्रिया के पूरा होने के बाद, निम्न उत्पादन मानकों का ध्यान रखना। वेल्डिंग सेटअप से कूपन निकालें और इसकी पहचान संख्या के बारे में दोनों एक रंग मार्कर के साथ समाप्त होता है।
- एक स्प्रेडशीट के लिए वेल्डिंग डेटा (शक्ति और sonotrode के विस्थापन) निर्यात और इस प्रक्रिया के कंपन चरण के दौरान बिजली और विस्थापन बनाम समय घटता साजिश है।
नोट: विस्थापन की अवस्था कंपन चरण की शुरुआत में अपनी स्थिति को sonotrode रिश्तेदार के नीचे विस्थापन साजिश चाहिए। - के रूप में चित्रा 2 (इस मामले में, 0.10 मिमी में) पर दिखाया बिजली पठार (स्टेज 4) के बीच में विस्थापन को पहचानें।
नोट: यह विशेष रूप से विस्थापन मूल्य इष्टतम यात्रा है कि कंपन चरण और इच्छाशक्ति की अवधि को नियंत्रित करता हैएक ही वेल्डिंग बल और आयाम के लिए हर बाद वेल्ड में इस्तेमाल किया जाएगा।
चित्रा 2. पावर (काला) और विस्थापन (ग्रे) अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की प्रक्रिया इष्टतम यात्रा मूल्य का संकेत के लिए घटता। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के कंपन चरण 5 चरणों में विभाजित किया जा सकता है। इष्टतम यात्रा मूल्य चरण 4. अध्ययन मामले के भीतर स्थित है: कार्बन फाइबर प्रबलित polyetherimide -PEI substrates, 0.25 मिमी मोटी फ्लैट पी ऊर्जा निदेशक, 300 एन वेल्डिंग बल, 86.2 माइक्रोन कंपन आयाम, 0.25 मिमी यात्रा करते हैं। (Elsevier से अनुमति के साथ संदर्भ 4 से पुनर्प्रकाशित।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
- वेल्डिंग बल दिया और आयाम combinatio के लिए इष्टतम यात्रा मूल्य पर वेल्ड कूपनएन।
- दोहराएँ कदम 2.1 प्रत्येक वेल्ड के लिए 2.5.6 करने के लिए। कदम 2.5.3 में, इष्टतम इसी वेल्डिंग बल और आयाम संयोजन के लिए कदम 2.5.8 में निर्धारित यात्रा का उपयोग।
नोट: सभी LSS परीक्षण 1.3 मिमी / मिनट की एक crosshead गति के साथ एक यूनिवर्सल परीक्षण मशीन पर ASTM डी 1,002 निम्नलिखित बाहर किया जाता है।
- दोहराएँ कदम 2.1 प्रत्येक वेल्ड के लिए 2.5.6 करने के लिए। कदम 2.5.3 में, इष्टतम इसी वेल्डिंग बल और आयाम संयोजन के लिए कदम 2.5.8 में निर्धारित यात्रा का उपयोग।
3. एकल गोद कतरनी शक्ति (LSS) वेल्डेड कूपन का परीक्षण
- उपाय और प्रत्येक वेल्डेड कूपन के लिए ओवरलैप की चौड़ाई का ध्यान रखना।
- यूनिवर्सल परीक्षण मशीन को चालू करें और कंप्यूटर पर LSS के लिए परीक्षण प्रक्रिया खुला।
- परीक्षण इंटरफ़ेस में, नमूना संख्या और ओवरलैप के आयामों दर्ज करें। 0 करने के लिए बल और अपनी प्रारंभिक स्थिति में पकड़-पकड़ करने वाली जुदाई (उदाहरण के लिए, 60 मिमी) की स्थापना की।
- परीक्षण मशीन की पकड़ में नमूना स्थिति के रूप में चित्रा 3 पर दिखाया गया है।
चित्रा 3. ज़्विक / Roell 250 केएन यूनिवर्सल परीक्षण मशीन (पैमाने पर नहीं) में clamping के योजनाबद्ध देखें। शीर्ष और निचले पकड़ती बीच ऑफसेट विस्थापन केंद्र वेल्ड लाइन के साथ लोड दिशा संरेखित गोद कतरनी दौरान झुकने को कम करने के लिए अनुमति देता है शक्ति परीक्षण। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
- "प्रारंभ" बटन पर क्लिक करके कंप्यूटर से परीक्षण की प्रक्रिया शुरू करें।
- नमूना टूट जाता है के बाद, पकड़ से इसे हटाने और टेप के साथ एक साथ दोनों भागों सुरक्षित।
- दोहराएँ 3.3 अन्य सभी नमूनों के लिए 3.6 कदम।
- परीक्षण पूरा कर रहे हैं, एक स्प्रेडशीट में डेटा निर्यात और औसत LSS मूल्य की गणना, प्रक्रिया, मानक में वर्णित प्रत्येक वेल्डिंग बल और आयाम संयोजन के लिए के अनुसार।
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Representative Results
कार्बन फाइबर प्रबलित polyetherimide (सीएफ / पी) के नमूने विधि इस पत्र में वर्णित निम्नलिखित वेल्डेड रहे थे। नमूने एक समग्र (0/90) 3S अनुक्रम और 1.92 मिमी स्टैकिंग नाममात्र मोटाई के साथ साटन कपड़े सीएफ / पी पांच दोहन से बाहर कर दिया, टुकड़े टुकड़े से प्राप्त किया गया। नमूने इस टुकड़े टुकड़े से काट इतना है कि फाइबर के मुख्य स्पष्ट अभिविन्यास उनके लंबे समय तक पक्ष के समानांतर था। 0.25 मिमी मोटाई के साथ फ्लैट पी ऊर्जा निर्देशकों इस्तेमाल किया गया। दोनों समग्र नमूने और ऊर्जा निर्देशकों एक ओवन में 135 डिग्री सेल्सियस पर 6 और 1 घंटे के लिए, के रूप में निर्माता ने संकेत दिया सूख रहे थे क्रमशः। 0.25 मिमी यात्रा, 0.10 मिमी के आसपास एक इष्टतम यात्रा मूल्य, यानी, ऊर्जा निदेशक की प्रारंभिक मोटाई के 40% के लिए प्राप्त बिजली और विस्थापन घटता का उपयोग, 300 एन वेल्डिंग बल और 86.2 माइक्रोन चोटी के तहत वेल्डेड सीएफ / पी के नमूने के लिए प्राप्त हुई थी करने वाली शिखर कंपन आयाम (देखें चित्र 2 आंकड़े 4 और 5, क्रमशः में दिखाए जाते हैं।
इष्टतम यात्रा के तहत वेल्डेड चित्रा 4. सीएफ / पी कूपन के लिए पावर घटता बिजली घटता (स्पष्टता के लिए खड़ी स्थानांतरित कर दिया) 4. चरण में वेल्डिंग की प्रक्रिया के अनुरूप समाप्त दिखाने के कार्यक्षेत्र लाइनों चरण 3. अध्ययन मामले की शुरुआत का संकेत मिलता है। सीएफ / पी substrates, 0.25 मिमी मोटी फ्लैट पी ऊर्जा निदेशक, 300 एन वेल्डिंग बल, 86.2 माइक्रोन कंपन आयाम, 0 .10 मिमी यात्रा करते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 5. ठेठ पार अनुभाग माइक्रोग्राफ (ऊपर) और फ्रैक्चर सतह (नीचे) सीएफ / पी कूपन इष्टतम यात्रा के तहत वेल्डेड के लिए। वेल्डेड जोड़ों वेल्ड लाइन (तीर द्वारा संकेत) के बीच कोई मतभेद दिखाई और substrates के साथ एक मोटा समग्र टुकड़े टुकड़े के समान । गोद कतरनी परीक्षण के बाद, फ्रैक्चर सतहों महत्वपूर्ण फाइबर फाड़ दिखा। अध्ययन मामला: सीएफ / पी substrates, 0.25 मिमी मोटी फ्लैट पी ऊर्जा निदेशक, 300 एन वेल्डिंग बल, 86.2 माइक्रोन कंपन आयाम, 0.10 मिमी यात्रा करते हैं। (Elsevier से अनुमति के साथ संदर्भ 4 से पुनर्प्रकाशित।)oad / 53,592 / 53592fig5large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
आदेश में एक निश्चित बल / आयाम संयोजन के लिए इष्टतम पर्यटन निर्धारित करने के लिए इस अखबार में प्रस्तुत दृष्टिकोण की वैधता की जांच करने के लिए, नमूने, अलग यात्रा मूल्यों पर वेल्डेड रहे थे नीचे और अधिकतम पर्यटन से ऊपर है, और बाद में परीक्षण किया। इन नमूनों की वेल्डिंग के लिए इस्तेमाल किया वेल्डिंग मानकों के बाकी पिछले मामले में के रूप में थे, 300 एन वेल्डिंग बल, 86.2 माइक्रोन आयाम, 1000 एन दृढ़ीभवन बल और 4 सेकंड solidification समय। चित्रा 6 एक के रूप में स्पष्ट गोद कतरनी ताकत को दर्शाता है यात्रा के समारोह (ऊर्जा निदेशक की प्रारंभिक मोटाई का एक प्रतिशत के रूप में प्रतिनिधित्व)।
सीएफ / पी coupo की चित्रा 6 स्पष्ट गोद कतरनी ताकतएनएस अलग यात्रा मूल्यों के तहत वेल्डेड। सफर यहां का प्रतिनिधित्व किया है ऊर्जा निदेशक की मोटाई के सापेक्ष। अध्ययन मामला: सीएफ / पी substrates, 0.25 मिमी मोटी फ्लैट पी ऊर्जा निदेशक, 300 एन वेल्डिंग बल, 86.2 माइक्रोन कंपन आयाम, चर यात्रा करते हैं। (Elsevier से अनुमति के साथ संदर्भ 4 से पुनर्प्रकाशित।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
अंत में, विस्थापन नियंत्रित वेल्डिंग ऐसे समय या ऊर्जा नियंत्रित वेल्डिंग के रूप में अल्ट्रासोनिक वेल्डर द्वारा की पेशकश की अन्य संभावनाओं की तुलना में था। इस उद्देश्य के साथ, गोद कतरनी शक्ति चित्रा 4 में दिखाया गया मूल्यों कंपन समय के एक समारोह (चित्रा 7) और वेल्डिंग ऊर्जा की चित्रा (8) के रूप में प्लॉट किए जाते थे। सभी नमूनों इस अध्ययन में वेल्डेड के लिए कंपन समय और ऊर्जा मूल्यों प्रावधानों थेवेल्डिंग की प्रक्रिया के एक उत्पाद के रूप अल्ट्रासोनिक वेल्डर द्वारा ded।
। कंपन समय बनाम सीएफ / पी कूपन का चित्रा 7. स्पष्ट गोद कतरनी शक्ति के नमूनों की कंपन बार का उपयोग करके प्राप्त चित्रा 6 साजिश करने के लिए इस्तेमाल किया स्टडी मामला:। सीएफ / पी substrates, 0.25 मिमी मोटी फ्लैट पी ऊर्जा निदेशक, 300 एन वेल्डिंग बल , 86.2 माइक्रोन कंपन आयाम, चर यात्रा करते हैं। (Elsevier से अनुमति के साथ संदर्भ 4 से अनुकूलित।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
वेल्डिंग ऊर्जा बनाम सीएफ / पी कूपन के 8 चित्रा स्पष्ट गोद कतरनी ताकत। वेल्डिंग ऊर्जा वैल का उपयोग करके प्राप्त। नमूनों की ues चित्रा 6 अध्ययन मामले की साजिश के लिए इस्तेमाल किया: सीएफ / पी substrates, 0.25 मिमी मोटी फ्लैट पी ऊर्जा निदेशक, 300 एन वेल्डिंग बल, 86.2 माइक्रोन कंपन आयाम, चर यात्रा करते हैं। (Elsevier से अनुमति के साथ संदर्भ 4 से अनुकूलित।) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
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Discussion
पिछले अनुभाग में प्रस्तुत परिणाम सरल विधि यांत्रिक परीक्षण के प्रयोजन के लिए थर्माप्लास्टिक समग्र एकल गोद कूपन की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए इस पत्र में प्रस्तावित के औचित्य का संकेत मिलता है। निम्नलिखित पैराग्राफ पर चर्चा कैसे परिणाम विधि के तीन मुख्य स्तंभों को मान्य, यानी, फ्लैट ढीला ऊर्जा निर्देशकों, प्रक्रिया प्रतिक्रिया के उपयोग के उपयोग के कंपन और विस्थापन नियंत्रण के उपयोग की अधिकतम अवधि, साथ ही प्रयोज्यता और की सीमाओं को परिभाषित करने के लिए तकनीक।
साथ पहला स्तंभ करने का संबंध है, फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों टीपीसी कूपन का सफल वेल्डिंग अनुमति देने के लिए दिखाए जाते हैं। unreinforced प्लास्टिक की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में शामिल होने ओवरलैप की तुलना में एक छोटे पार के अनुभागीय क्षेत्र के साथ राल उभार के रूप में ऊर्जा निर्देशकों वेल्डिंग इंटर में उच्च चक्रीय तनाव और इसलिए, तरजीही viscoelastic गर्मी पीढ़ी उत्पन्न करने के लिए आवश्यक हैंचेहरे 6। हालांकि, TPCs की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में, वेल्डिंग ओवरलैप के रूप में ही पार के अनुभागीय क्षेत्र के साथ फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों सफलतापूर्वक वेल्डिंग इंटरफेस में तरजीही viscoelastic हीटिंग में फ्लैट के दौरान ऊर्जा निदेशक के निचले दबाने कठोरता और इस प्रकार उच्च चक्रीय उपभेदों के कारण परिणाम हैं वेल्डिंग की प्रक्रिया। गर्मी इंटरफेस में उत्पन्न ऊर्जा निदेशक पिघला देता है और substrates को सौंप दिया है। वेल्डिंग बल के प्रभाव के तहत, पिघला हुआ ऊर्जा निदेशक वेल्डिंग ओवरलैप के बाहर निचोड़ा जब तक निर्धारित पर्यटन पहुँच जाता है। इष्टतम पर्यटन मूल्यों को पूरी तरह से वेल्डेड ओवरलैप और पार वर्गों है कि एक मोटा टुकड़े टुकड़े के समान है क्योंकि वेल्ड लाइन की मोटाई substrates में राल-समृद्ध क्षेत्रों के समान है में परिणाम (चित्रा 5 देखें)। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, जब फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों का उपयोग कर, ऊर्जा निदेशक के अनुकूलन आदेश प्राप्त करने के लिए पूरी तरह से वेल्डेड में की जरूरत नहीं है 8 overlaps, के रूप मेंअधिक परंपरागत ऊर्जा निदेशक समाधान है, जो में आकार, आकृति और ऊर्जा निर्देशकों के बीच अंतर रखने का इरादा वेल्डिंग क्षेत्र 10,11 की पूर्ण कवरेज को प्राप्त करने के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता करने का विरोध किया। इसी तरह, ऐसे त्रिकोणीय ऊर्जा निर्देशकों पारंपरिक रूप से TPCs 3 की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए इस्तेमाल के रूप में समाधान की तुलना में, फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों समान वेल्ड ताकत मूल्यों में परिणाम है, जबकि इस तरह के रूप में अधिकतम प्रक्रिया के अन्य महत्वपूर्ण उत्पादन पर एक महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रभाव पड़ रहा नहीं दिखाया गया है बिजली, ऊर्जा या वेल्डिंग समय 8।
साथ दूसरा स्तंभ करने का संबंध है, वेल्डिंग बल और आयाम की एक निश्चित संयोजन के लिए, यह संभव इष्टतम पर्यटन मूल्यों, यानी, यात्रा मूल्यों है कि अधिक से अधिक शक्ति के लिए नेतृत्व, अल्ट्रासोनिक वेल्डर द्वारा प्रदान की बिजली और विस्थापन घटता के आधार पर परिभाषित करने के लिए है। मूलतः, वेल्डिंग की प्रक्रिया के कंपन चरण के दौरान बिजली और विस्थापन घटता में अलग अलग घटनाओं सीएn हीटिंग 2 के दौरान ऊर्जा निर्देशक में होने वाली शारीरिक परिवर्तन और टीपीसी substrates से संबंधित हो। तदनुसार, और चित्रा 2 में दिखाया गया है, वेल्डिंग की प्रक्रिया के कंपन चरण के बाद 5 चरणों में विभाजित किया जा सकता है 2:
चरण 1 छितराया हुआ बिजली की निरंतर वृद्धि की विशेषता है जब तक एक अधिकतम तक पहुँच जाता है और sonotrode कंपन को समायोजित करने के छोटे त्याग। चरण में वेल्डिंग इंटरफेस में किसी भी नमूदार शारीरिक परिवर्तन के बिना ऊर्जा के निदेशक 1 ताप होता है। स्टेज 2, बिजली की कमी और sonotrode का कोई महत्वपूर्ण विस्थापन की विशेषता है। चरण 2 में फ्लैट ऊर्जा निदेशक को स्थानीय स्तर पर एक गर्म स्थान nucleation और विकास की प्रक्रिया के रूप में पिघल शुरू होता है। चरण 3, शक्ति में वृद्धि और sonotrode के नीचे विस्थापन की विशेषता है। चरण 3 में पूरी ऊर्जा निदेशक पिघला हुआ है और वेल्डिंग बल के प्रभाव के तहत प्रवाह करने के लिए शुरू होता है। स्टेज 4, एक की विशेषताबिजली पठार और sonotrode के नीचे विस्थापन। स्टेज 4 में मिश्रित substrates के ऊपरवाला परतों में मैट्रिक्स के लिए स्थानीय स्तर पर ऊर्जा के निदेशक निचोड़ प्रवाह के साथ साथ पिघल शुरू होता है। स्टेज 5, गिरावट सत्ता और sonotrode के नीचे विस्थापन की विशेषता है। चरण में substrates में मैट्रिक्स के 5 पिघलने प्रमुख है।
उच्चतम वेल्ड ताकत स्टेज 4 के दौरान होता है के बाद से समग्र substrates के ऊपरवाला परतों में मैट्रिक्स के पिघलने वेल्डिंग इंटरफेस और दो substrates के बीच इसलिए आणविक उलझाव भर में बहुलक श्रृंखला के प्रसार में सक्षम बनाता है। यह आणविक उलझाव एक मजबूत संबंध है जो एकल गोद परीक्षण के दौरान फाइबर फाड़ में यह परिणाम है, के रूप में चित्रा 5 में देखा विकसित करता है। इस इष्टतम मंच से परे, वेल्डिंग इंटरफेस में महत्वपूर्ण फाइबर विरूपण में समग्र substrates के परिणामों में मैट्रिक्स के अत्यधिक पिघलने, जो माना जाता है वेल्ड streng में एक बूंद पैदा करने के लिएवें 4। जो वेल्डिंग बल और कंपन के आयाम का एक विशिष्ट संयोजन के अनुरूप चित्रा 6 में प्रस्तुत परिणाम, इस चर्चा समर्थन करते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विभिन्न बल / आयाम संयोजन अधिकतम शक्ति और ऊर्जा के मामले कंपन चरण 2 की अवधि के रूप में के रूप में अच्छी तरह से भस्म में वेल्डिंग की प्रक्रिया से अलग उत्पादन में नतीजा होगा। फिर भी, इष्टतम यात्रा मूल्य का निर्धारण करने के लिए चुना विधि बल / आयाम संयोजन 4 से स्वतंत्र है।
के साथ तीसरे स्तंभ के लिए संबंध है, विस्थापन नियंत्रित वेल्डिंग इष्टतम स्थितियों में वेल्डेड जोड़ों के स्पष्ट गोद कतरनी ताकत में अपेक्षाकृत कम बिखराव में हुई। यह सच है कि सभी नमूनों को लगातार (यानी, चरण 4) प्रक्रिया के कंपन चरण के भीतर) के रूप में 4 चित्र में दिखाया गया है। चित्रा 7 में एक ही चरण में वेल्डेड रहे थे से परिणाम के लिए माना जाता है कि यदि इंगित करता हैसमय वेल्डिंग की प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए पैरामीटर के रूप में इस्तेमाल किया गया था, शक्ति मूल्यों में एक उच्च तितर बितर अलग यात्रा मूल्यों के लिए कंपन के दिनों में महत्वपूर्ण ओवरलैपिंग की वजह से उम्मीद किया जा सकता था। 8 चित्रा को 12 और साहित्य में प्रस्तुत परिणामों के अनुसार, ऊर्जा को नियंत्रित करने पैरामीटर के रूप में समय की तुलना में एक बेहतर विकल्प है। हालांकि, वेल्डिंग ऊर्जा substrates और वेल्डिंग जिग की प्रकृति और इसलिए की मोटाई पर अत्यधिक निर्भर इष्टतम ऊर्जा मूल्य काफी बदल जाता है जब उन दो चर के किसी भी परिवर्तन 4। इसके विपरीत, sonotrode के विस्थापन सीधे वेल्डिंग इंटरफेस में ऊर्जा निदेशक और मैट्रिक्स का निचोड़ प्रवाह से संबंधित है और इस प्रकार कम उपर्युक्त चर 4 में से किसी में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील होने की उम्मीद की जा सकती।
उपन्यास विधि इस पत्र में वर्णित थर्माप्लास्टिक कंप्यूटर अनुप्रयोग का सीधा पास मैदान अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की अनुमति देता हैएकल गोद कतरनी परीक्षण के लिए osite कूपन। परिणाम प्रस्तुत सीएफ / पी कंपोजिट की वेल्डिंग का उल्लेख है लेकिन एक ही विधि का सफलतापूर्वक ऐसी सीएफ / polyphenyplene सल्फाइड (पीपीएस) के रूप में 8 अन्य प्रबलित थर्माप्लास्टिक कंपोजिट करने के लिए लागू किया गया है। पत्र में वर्णित के रूप में, विधि सीधे एक बहुत ही विशेष ज्यामिति की वेल्डिंग के लिए लागू है, हालांकि, इस मामले में एक अलग वेल्डिंग ज्यामिति में माना जाता है, वहाँ तीन महत्वपूर्ण बिंदुओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए कि कर रहे हैं। सबसे पहले, भागों के बीच संपर्क क्षेत्र वेल्डेड की बढ़ती वेल्डिंग की प्रक्रिया के दौरान व्यस्त अधिकतम शक्ति पर सीधा प्रभाव पड़ता है। नतीजतन, अधिकतम क्षेत्र एक शॉट में वेल्डेड जा सकता है कि अल्ट्रासोनिक वेल्डर द्वारा दिया अधिकतम शक्ति द्वारा सीमित है। दूसरे, विधि इस पत्र में वर्णित वेल्डिंग ओवरलैप के चार किनारों से बाहर पिघला हुआ ऊर्जा निदेशक की अप्रतिबंधित प्रवाह समझता है। एक अलग वेल्डिंग विन्यास, हालांकि बहुलक प्रवाह को सीमित कर सकता है। इसवेल्डिंग की प्रक्रिया के दौरान sonotrode के विस्थापन के विकास पर प्रभाव पड़ता है और शायद विस्थापन नियंत्रित वेल्डिंग करने के लिए सीमाएं लागू करने के लिए उम्मीद की जा सकती। तीसरा, भागों की मोटाई ऐसी है कि यदि वेल्डिंग इंटरफ़ेस करने के लिए sonotrode से दूरी अधिक से अधिक 6 मिमी, अभी तक क्षेत्र अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए जिम्मेदार होना चाहिए की विशिष्ट विचार है। फिर भी, इस पत्र में प्रस्तुत विधि वास्तविक थर्माप्लास्टिक समग्र संरचनाओं के संयोजन के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं के विकास के लिए एक आधार के रूप में माना जा सकता है। मुख्य सस्ता माल और इस विधि के फायदे के ढीले फ्लैट ऊर्जा निर्देशकों के उपयोग और वेल्डर द्वारा प्रदान की जल्दी बल और आयाम के विभिन्न संयोजनों के लिए कंपन की अधिकतम अवधि को परिभाषित करने के लिए डेटा के उपयोग के कारण प्रसंस्करण सरल कर रहे हैं। वर्तमान परीक्षण और त्रुटि प्रक्रियाओं की तुलना में, प्रक्रिया डेटा के आधार पर प्रक्रिया के मानकों की परिभाषा क्षमता हैप्रयास और समय विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए वेल्डिंग प्रक्रियाओं को विकसित करने की जरूरत में महत्वपूर्ण बचत की पेशकश करने के लिए।
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material/Reagent | |||
| Cetex carbon fiber / polyetherimide (CF/PEI) 5 harness satin prepreg | TenCate Advanced Composites (www.tencate.com) | Contact vendor | Material used in this study for the specimens. |
| PFQD solvent degreaser | PT Technologies Europe (now Socomore - www.socomore.com) | Contact vendor | Solvent degreaser for cleaning the specimens and energy directors. |
| Cotton cloths | For general cleaning purposes. No specific vendor was used. | ||
| 0.25 mm PEI film | TenCate Advanced Composites (www.tencate.com) | Contact vendor | Thin film used as energy director. |
| Adhesive tape | Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com) | 1" x 72 yds MFG # 327402 Contact vendor for catalog number | Used to attach energy director to bottom sample for ultrasonic welding. |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Vötsch oven | Vötsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com) | VTU 60/60 - Contact vendor for specific catalog number | Oven used to dry PEI film (energy directors) and PEI specimens before welding. |
| Rinco Dynamic 3000 ultrasonic welder | Aeson BV (www.aeson.nl/en/) | Contact vendor | 20 kHz ultrasonic welding machine used for the welding experiments. Several sonotrode sizes available. Contact vendor for details. ACUCapture software included. |
| Zwick/Roell universal testing machine | Zwick (www.zwick.com) | Z250 - Contact vendor for specific catalog number | Universal testing machine with maximum load of 250 kN used for single lap shear strength measurements. |
References
- Yousefpour, A., Hojjati, M., Immarigeon, J. P. Fusion bonding/welding of thermoplastic composites. J Thermoplast Compos. 17, 303-341 (2004).
- Villegas, I. F. In situ monitoring of ultrasonic welding of thermoplastic composites through power and displacement data. J Thermoplast Compos. 28 (1), 66-85 (2015).
- Benatar, A., Gutowski, T. G. Ultrasonic welding of PEEK Graphite APC-2 composites. Polym Eng Sci. 29 (23), 1705-1721 (1989).
- Villegas, I. F. 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. Compos Part A-Appl S. 65, 27-37 (2014).
- 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).
- Potente, H. Ultrasonic welding - principles & theory. Mater Design. 5, 228-234 (1984).
- Stavrov, D., Bersee, H. E. N. Resistance welding of thermoplastic composites - an overview. Compos Part A-Appl S. 36, 39-54 (2005).
- Villegas, I. F., Valle-Grande, B., Bersee, H. E. N., Benedictus, R. A comparative evaluation between flat and traditional energy directors for ultrasonic welding of CF/PPS thermoplastic composites. Compos Interface. , (2015).
- Levy, A., Le Corre, S., Villegas, I. F. Modelling the heating phenomena in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors. J Mater Process Tech. , 1361-1371 (2014).
- Shi, H., Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. Strength and failure modes in resistance welded thermoplastic composite joints: effect of fibre-matrix adhesion and fibre orientation. Compos Part A-Appl S. 55, 1-10 (2013).
- Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. Ultrasonic welding of advanced thermoplastic composites. An investigation on energy-directing surfaces. Adv Polym Tech. 29 (2), 113-121 (2010).
- Harras, B. K., Cole, C., Vu-Khanh, T. Optimization of the ultrasonic welding of PEEK-carbon composites. J Reinf Plast Comp. 15 (2), 174-182 (1996).
