Introduction
مركبات اللدائن الحرارية (TPC) لديها القدرة على أن تكون ملحومة، مما يساهم في تصنيع فعالة من حيث تكلفتها. يتطلب لحام التدفئة المحلية تحت ضغط للتخفيف أو إذابة الراتنج لدن الأسطح والانضمام للسماح للاتصال حميم ولاحق بين انتشار سلاسل البوليمر الحرارية عبر واجهة لحام. مرة واحدة ويتحقق الجزيئي بين الانتشار، تهدئة تحت ضغط يعزز مفصل الملحومة. العديد من التقنيات لحام تنطبق على مركبات اللدائن الحرارية التي تختلف أساسا في مصدر الحرارة 1، ومع ذلك، فإن الرئيسية "التصاق" آلية، أي التشابك الجزيئي، لم يتغير. يقدم اللحام بالموجات فوق الصوتية أوقات قصيرة جدا لحام (في حدود بضع ثوان)، وسهلة التشغيل الآلي وأنها مستقلة تقريبا من نوع من التعزيز في ركائز مركب بالحرارة. وعلاوة على ذلك، فإنه يوفر إمكانية لفي الموقع ورصد 2،3 4. بالموجات فوق الصوتية لحام من المواد المركبة بالحرارة هو في الغالب عملية لحام البقعة، ولكن لحام الناجح لطبقات أطول من خلال لحام بالموجات فوق الصوتية متسلسل وقد أبلغ في الأدب 5. في مقابل المقاومة أو تحريض اللحام، لم تطبق لحام بالموجات فوق الصوتية صناعيا للمفاصل الهيكلية بين أجزاء المركبة بالحرارة حتى الآن. ومع ذلك، يجري حاليا كرس جهدا كبيرا لمواصلة تطوير اللحام بالموجات فوق الصوتية الهيكلي للمركبات اللدائن الحرارية في التطبيقات الخاصة بالطائرات.
في لحام بالموجات فوق الصوتية، وتتعرض الأجزاء على أن ينضم إلى مجموعة من قوة ثابتة وعالية التردد الاهتزازات الميكانيكية منخفضة السعة عرضية إلى واجهة لحام، والذي ينتج في توليد الحرارة من خلال السطح والتدفئة اللزجة. يتم الترويج التدفئة تفضيلية في واجهة لحاممن خلال استخدام نتوءات الراتنج على أسطح تلحم التي تخضع لسلالة دوري العالي، والتدفئة وبالتالي ارتفاع اللزجة، من ركائز 6. وتمارس القوة والاهتزاز على اجزاء لملحومة من خلال sonotrode متصلة الصحافة وقطار بالموجات فوق الصوتية التي تتكون من محول كهربائي بيزو ومعززة. اعتمادا على المسافة بين نقطة حيث الاتصالات sonotrode الجزء المقرر أن ينضم واجهة لحام، ويمكن التمييز بين القريب من ميدان وبعيدة مجال اللحام بالموجات فوق الصوتية. بالقرب من ميدان لحام (أقل من 6 ملم بين sonotrode واجهة لحام) هي التي تنطبق على مجموعة واسعة من المواد في حين أن تطبيق اللحام بعيدة الميدان إلى المواد بالحرارة محددة وتعتمد بشكل كبير على قدرة مادية لإجراء الموجات الصوتية 6 .
ويمكن تقسيم عملية لحام بالموجات فوق الصوتية إلى ثلاث مراحل رئيسية. أولا، مرحلة القوة تراكم خلالها sonotroدي يزيد تدريجيا القوة على اجزاء لملحومة حتى يتم التوصل إلى قوة الزناد معينة. يتم تطبيق أي اهتزاز في هذه المرحلة. ثانيا، مرحلة الاهتزاز، والذي يبدأ مرة واحدة يتم الوصول إلى قوة الزناد. في هذه المرحلة يهتز sonotrode في السعة المقررة لفترة معينة من الزمن توليد الحرارة اللازمة لعملية اللحام. توفر المعالجات الدقيقة التي تسيطر اللحام بالموجات فوق الصوتية العديد من الخيارات للتحكم في مدة مرحلة الاهتزاز، وبين لهم الوقت (أي السيطرة المباشرة) أو التشريد أو الطاقة (مراقبة غير مباشرة). القوة المطبقة خلال هذه المرحلة، أي حام قوة، يمكن أن تظل ثابتة ومساوية لقوة الزناد أو يمكن أن تختلف تدريجيا خلال تطبيق الاهتزاز. ثالثا، مرحلة التصلب، حيث يسمح للالأجزاء الملحومة ليبرد تحت قوة التصلب معينة لفترة معينة من الزمن. يتم تطبيق أي اهتزاز أثناء هذه المرحلة الأخيرة.
فو اللحامRCE، سعة الاهتزاز والتردد والاهتزاز، ومدة المرحلة الاهتزاز (التي تسيطر عليها إما بشكل مباشر أو بشكل غير مباشر من خلال الطاقة أو النزوح) هي المعايير اللحام التي تتحكم في توليد الحرارة. القوة، والسعة والمدة هي المعلمات المعرفة من قبل المستخدم، في حين تم إصلاح تردد عن كل عامل لحام بالموجات فوق الصوتية. قوة التصلب والوقت التصلب، كما حام المعلمات، لا تتدخل في عملية التسخين ولكن يؤثر على توطيد و، جنبا إلى جنب مع بقية المعلمات، ونوعية النهائية للوصلات الملحومة.
تقدم هذه الورقة طريقة مباشرة رواية عن قرب الميدان لحام بالموجات فوق الصوتية من كوبونات TPC الفردية في تكوين حضن واحد لاحق الميكانيكية، والقص واحد اللفة (LSS)، والاختبار التالي ASTM (الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد) D 1002 القياسية. الاختبار الميكانيكي للكوبونات ملحومة يسمح بتحديد قوة اللفة القص واضحة من المفاصل، والتي تعد واحدة من خصائص معظم بالاتصالاتتستخدم فقط لقياس قوة مركب بالحرارة وصلات الملحومة 7. وتستند هذه الطريقة لحام وصفها في هذه الورقة على ثلاثة ركائز أساسية. أولا، يتم استخدام مديري الطاقة مسطحة فضفاض لتوليد الحرارة تفضيلية في واجهة الانضمام 8،9 أثناء عملية اللحام. ثانيا، يتم استخدام بيانات التصنيع التي قدمتها لحام بالموجات فوق الصوتية لتحديد بسرعة مدة المثلى للمرحلة اهتزاز لقوة معينة / الجمع بين سعة 2،4. ثالثا، يتم التحكم مدة مرحلة الاهتزاز بشكل غير مباشر من خلال تهجير sonotrode من أجل ضمان الجودة بما يتفق المفاصل الملحومة (4). ويوفر هذا الأسلوب لحام والمستجدات والمزايا الرئيسية التالية فيما يتعلق إجراءات اللحام للدولة من بين الفن لمركبات اللدائن الحرارية: (أ) إعداد نموذج مبسط تمكين باستخدام إدارة الطاقة شقة فضفاضة بدلا من المخرجين الطاقة مصبوب التقليدي 3، و (ب) ج سريعة وتعريف كفاءة معاهدة الفضاء الخارجي من المعلمات معالجة بناء على عملية الرصد في الموقع بدلا من نهج التجربة والخطأ المشترك. وعلى الرغم من توجه الأسلوب هو موضح في هذه الورقة من أجل الحصول على هندسة محددة جدا وبسيطة لحام يمكن أن تكون أساسا لتحديد إجراء لحام الأجزاء الفعلية. والفرق الرئيسي في هذه الحالة ناتج عن تدفق مقيدة من مدير الطاقة في مقابل تدفق غير المقيد في أربع حواف التداخل في كوبونات لفة واحدة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. عينة قطع والتحضير لحام بالموجات فوق الصوتية
- قطع عينات مستطيلة قياس 25.4 ملم × 101.6 ملم من صفح المركب بالحرارة أكبر باستخدام تقنية القطع الذي يمنع التبطين من حواف العينات (على سبيل المثال، الماس رأى أو قطع المياه النفاثة).
ملاحظة: تستند أبعاد العينات على ASTM D 1002 القياسية.- منذ قوة وصلات الملحومة تعتمد على اتجاه الألياف على أسطح تلحم 10، ورعاية لقطع جميع العينات في نفس الاتجاه.
- بعد القطع، والعينات الجافة في الفرن حسب توصيات الشركة الصانعة في حال الراتنج لدن يميل لامتصاص الرطوبة (على سبيل المثال، 6 ساعة على 135 درجة مئوية لمدة ألياف الكربون ستة طبقة عززت polyetherimide، CF / جزيرة الأمير إدوارد، والعينات).
- قطع مديري الطاقة مسطح مصنوع من فيلم لدن أنيق (نفس الراتنج مثل المصفوفة في مركب) حجم (ما يقرب من 2 6 مم × 26 مم) مع سمك 0.25 مم على الأقل. إذا لزم الأمر، تجفيف مدير الطاقة في أعقاب توصيات الشركة الصانعة (على سبيل المثال، 1 ساعة على 135 درجة مئوية لمدة مدير الطاقة PEI).
- قبل اللحام وفحص العينات واحدا تلو الآخر لزوايا delaminated وتجاهل إذا لزم الأمر. تنظيفها باستخدام ديجريسير وقطعة قماش من القطن. تنظيف مديري الطاقة شقة باتباع نفس الإجراء.
2. بالموجات فوق الصوتية لحام من لفة واحدة كوبونات القص
ملاحظة: يتم استخدام المعالج الصغير التي تسيطر عليها لحام بالموجات فوق الصوتية قادرة على حام في اتساع مستمر في هذه الخطوة. البيانات العملية نواتج حام، مثل الطاقة تبدد وتهجير sonotrode مقابل الوقت لاقتناء البرمجيات البيانات في الكمبيوتر. ويستخدم رقصة مبنية خصيصا صممت وصنعت بدقة موقف والمشبك عينات اللفة القص واحدة خلال لحام بالموجات فوق الصوتية في هذه الخطوة (انظر الشكل 1).
-together.within الصفحات = "1"> 
الشكل 1. بالموجات فوق الصوتية لحام والإعداد لحام مبنية خصيصا المستخدمة في هذه الدراسة: 1. sonotrode، 2: منصة الانزلاق، 3: المشبك لعينة العليا (مرفق 2)، و 4: المشبك لعينة الدنيا (نقلا عن المرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
- ملء ورقة دفتر قبل كل تجربة اللحام.
- يحيط علما المعلمات التالية: RT والرطوبة، واللحام إشارة الإعداد، نوع sonotrode، عدد العينات والمواد، وعرض وسمك عينات العلوية والسفلية، وسمك مدير الطاقة.
- بدوره على لحام بالموجات فوق الصوتية وجهاز الكمبيوتر. بدء تشغيل البرنامج الحصول على البيانات وفتح دورة جديدة.
- إذا لم تكن موجودة بالفعل، تغيير sonotركب إلى sonotrode أسطواني بقطر 40 مم بحيث يغطي سطحها السفلي تماما منطقة اللحام.
ملاحظة: شكل مختلف من sonotrode يمكن استخدامها، ولكن ينبغي أن سطحه السفلي لا تكون أصغر من منطقة اللحام. - موقف ويحملق العينات ومدير الطاقة في رقصة اللحام (انظر الشكل 1).
- إرفاق مدير الطاقة شقة للعينة أسفل مع شريط لاصق بحيث يغطي مساحة أكبر قليلا من منطقة إلى أن يلحم (12.7 مم × 25.4 مم).
- ضع عينة أسفل في رقصة والمشبك من خلال تشديد المسمار العلوي.
- الشريط على الطرف الآخر من مدير الطاقة إلى قاعدة الإعداد بحيث يبقى في مكانه أثناء العملية.
- ضع عينة العليا في المشبك، محاذاته وتشديد المسمار العلوي.
- وضع المشبك للعينة أعلى إلى منصة الانزلاق وتشديد على حد سواء مسامير.
- قبل المضي قدما، وتشديد كل المسامير الأربعة مرة واحدة مخام.
- تحديد مدة المثلى للمرحلة الاهتزاز استنادا إلى النزوح من sonotrode لتحقيق أعلى قوة لحام، كما هو موضح في الخطوات 2.5.1 إلى 2.5.8.
ملاحظة: يتم تحديد إن مدة المثلى للمرحلة الاهتزاز لكل تركيبة المطلوب من قوة اللحام وسعة الاهتزاز.- تعيين لحام بالموجات فوق الصوتية في التمايز بين وضع مراقبة النزوح.
- مدخلات لحام قوة وسعة الاهتزاز في لحام بالموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال، 300 N و 86.2 ميكرون).
ملاحظة: للحصول على هذا لحام بالموجات فوق الصوتية، 86.2 ميكرون يتوافق مع الاهتزاز السعة الذروة إلى الذروة. في إعدادات الجهاز، يتم التعبير عن ذلك إلى نصف هذه القيمة، 43.1 ميكرون. - إدخال النزوح sonotrode، أو السفر، في نهاية مرحلة الاهتزاز كقيمة مساو لسمك الأولي للمدير الطاقة (على سبيل المثال، 0.25 مم).
- إدخال قوة التصلب والوقت في لحام بالموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال، 1000N و 4000 ميللي ثانية).
- عندما تصبح جاهزة، وطرح على سماعات عازلة للصوت والبدء في عملية لحام بالموجات فوق الصوتية.
- بعد الانتهاء من هذه العملية، علما معلمات الإخراج التالية: بعد لحام، والحد الأقصى من الطاقة والوقت الاهتزاز والطاقة. إزالة قسيمة من الإعداد لحام وكتابة رقم الهوية على كلا الطرفين مع علامة الطلاء.
- تصدير البيانات لحام (السلطة وتهجير sonotrode) إلى جدول ورسم السلطة والتشريد مقابل منحنيات وقت خلال مرحلة الاهتزاز من العملية.
ملاحظة: منحنى النزوح يجب مؤامرة تهجير نحو الانخفاض من sonotrode نسبة إلى موقعها في بداية مرحلة الاهتزاز. - التعرف على النزوح في وسط هضبة السلطة (المرحلة 4) كما هو مبين في الشكل 2 (في هذه الحالة، 0.10 مم).
ملاحظة: هذه القيمة تشريد معينة هي السفر الأمثل الذي يتحكم في مدة مرحلة الاهتزاز والإرادةيمكن استخدامها في كل لحام لاحقة للقوة اللحام نفسها والسعة.
الشكل 2. الطاقة (أسود) والتشريد منحنيات (الرمادي) لعملية لحام بالموجات فوق الصوتية يشير إلى قيمة السفر المثلى. المرحلة اهتزاز لحام بالموجات فوق الصوتية ويمكن تقسيم في 5 مراحل. يقع قيمة السفر المثلى ضمن المرحلة 4. حالة دراسة: من ألياف الكربون المقوى ركائز polyetherimide -PEI، 0.25 مم سميكة شقة مدير الطاقة جزيرة الأمير إدوارد، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون الاهتزاز السعة، 0.25 ملم السفر. (نقلا عن المرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
- كوبونات لحام في قيمة السفر الأمثل لقوة اللحام معين وcombinatio السعةن.
- كرر الخطوات من 2.1 إلى 2.5.6 لكل اللحام. في خطوة 2.5.3، استخدم السفر الأمثل تحديدها في الخطوة 2.5.8 لقوة اللحام المقابلة والجمع بين السعة.
ملاحظة: يتم إجراء جميع الاختبارات LSS في أعقاب ASTM D 1002 على جهاز اختبار عالمي مع سرعة أخمص 1.3 مم / دقيقة.
- كرر الخطوات من 2.1 إلى 2.5.6 لكل اللحام. في خطوة 2.5.3، استخدم السفر الأمثل تحديدها في الخطوة 2.5.8 لقوة اللحام المقابلة والجمع بين السعة.
3. واحدة لاب مقاومة القص (LSS) اختبار كوبونات الملحومة
- قياس ويحيط علما العرض من التداخل لكل قسيمة الملحومة.
- بدوره على جهاز اختبار عالمي وفتح لإجراء اختبارات بشأن LSS على الكمبيوتر.
- في واجهة اختبار، أدخل رقم العينة وأبعاد التداخل. تعيين القوة ل0 وفصل قبضة لقبضة بموقفها المبدئي (على سبيل المثال، 60 مم).
- وضع العينة في قبضة آلة الاختبار كما هو موضح في الشكل (3).
الشكل 3. عرض تخطيطي للقط في زويك / Roell 250 كيلو نيوتن اختبار عالمي آلة (لا لتوسيع نطاق). تشريد تعويض بين السيطرة العلوية والسفلية يسمح محاذاة الاتجاه الحمل مع خط الوسط لحام للحد من الانحناء أثناء القص اللفة اختبار قوة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
- بدء إجراء الاختبار من جهاز الكمبيوتر عن طريق النقر على زر "ابدأ".
- بعد فواصل العينة، إزالته من السيطرة وتأمين كل من الأجزاء معا بشريط لاصق.
- كرر الخطوات من 3،3-3،6 لجميع العينات الأخرى.
- عندما يتم الانتهاء من الاختبارات، وتصدير البيانات إلى جدول بيانات وحساب قيمة LSS متوسط، وفقا للإجراءات المنصوص عليها في المعيار، ولكل قوة اللحام والجمع بين السعة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
كانت ملحومة من ألياف الكربون المقوى polyetherimide (CF / جزيرة الأمير إدوارد) عينات وفقا للطريقة المبينة في هذه الورقة. تم الحصول على عينات من صفح مركب مصنوع من خمسة تسخير النسيج الساتان CF / جزيرة الأمير إدوارد، مع (0/90) 3S التراص تسلسل و 1.92 مم سمك الاسمي. قطعت عينات من هذه الخشبية بحيث كان التوجه واضحا الرئيسي للألياف موازية لأطول جانبهم. واستخدمت شقة مديري الطاقة جزيرة الأمير إدوارد مع سمك 0.25 مم. تم تجفيف كل من عينات مركبة ومديري الطاقة في الفرن على 135 درجة مئوية لمدة 6 و 1 ساعة، على التوالي، كما هو مبين من قبل الشركة المصنعة. استخدام القوة والتشريد المنحنيات التي تم الحصول عليها 0.25 السفر ملم، قيمة السفر المثلى حول 0.10 ملم، أي 40٪ من سمك الأولي للمدير الطاقة، تم الحصول على عينات CF / جزيرة الأمير إدوارد الملحومة أقل من 300 N قوة اللحام و86،2 ميكرون الذروة -to الذروة سعة الاهتزاز (انظر الشكل 2 أرقام 4 و 5 على التوالي.
الشكل 4. منحنيات الطاقة للكوبونات CF / جزيرة الأمير إدوارد ملحومة تحت بند السفر الأمثل (تحولت عموديا لوضوح) منحنيات القوة تظهر نهاية ثابت من عملية لحام في مرحلة 4. خطوط عمودية تشير إلى بداية مرحلة 3. حالة دراسة: CF / جزيرة الأمير إدوارد ركائز، شقة مدير 0.25 مم جزيرة الأمير إدوارد الطاقة، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون الاهتزاز السعة، 0 0.10 ملم السفر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. النموذجية المقطع العرضي مجهرية (أعلى) وسطح الكسر (أسفل) للقسيمة CF / جزيرة الأمير إدوارد ملحومة تحت بند السفر الأمثل. المفاصل الملحومة تشبه صفح مركب سمكا مع عدم وجود اختلافات واضحة بين خط اللحام (المشار إليها السهم) وركائز . بعد اختبار اللفة القص، تظهر الأسطح كسر تمزق الألياف كبير. دراسة حالة: CF / ركائز جزيرة الأمير إدوارد، 0.25 مم سميكة شقة مدير الطاقة جزيرة الأمير إدوارد، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون الاهتزاز السعة، 0.10 ملم السفر. (نقلا عن المرجع 4 بإذن من السيفير.)OAD / 53592 / 53592fig5large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
من أجل التحقق من صحة النهج الواردة في هذه الورقة إلى تحديد السفر الأمثل لقوة معينة / الجمع بين السعة، وملحومة عينات في القيم سفر مختلفة، تحت وفوق السفر الأمثل، وبعد ذلك تم اختبارها. وكانت بقية المعلمات اللحام المستخدمة في لحام من هذه العينات، كما في الحالة السابقة، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون السعة، 1000 N قوة التصلب و4 مرة ثانية التصلب الشكل 6 يبين قوة اللفة القص واضحة على أنه وظيفة من السفر (ممثلة كنسبة مئوية من سمك الأولي للمدير الطاقة).
الشكل 6. اللفة على ما يبدو، قوة القص من CF / جزيرة الأمير إدوارد coupoNS ملحومة تحت القيم سفر مختلفة. ويمثل السفر هنا نسبة إلى سمك مدير الطاقة. دراسة حالة: CF / ركائز جزيرة الأمير إدوارد، 0.25 مم سميكة شقة مدير الطاقة جزيرة الأمير إدوارد، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون الاهتزاز السعة، والسفر المتغير. (نقلا عن المرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وأخيرا، تمت مقارنة اللحام التي تسيطر عليها النزوح إلى الاحتمالات الأخرى التي يقدمها لحام بالموجات فوق الصوتية مثل اللحام زمني أو التي تسيطر عليها الطاقة. مع هذا الغرض، تم التخطيط القيم قوة اللفة القص هو مبين في الشكل (4) بوصفها وظيفة من الوقت الاهتزاز (الشكل 7) ومن الطاقة لحام (الشكل 8). وكانت الوقت والطاقة القيم الاهتزاز لجميع العينات الملحومة في هذه الدراسة. نحن نتعاملدائرة التنمية الاقتصادية عن طريق لحام بالموجات فوق الصوتية كناتج من عملية اللحام.
. الرقم 7. قوة العهد اللفة القص من كوبونات CF / جزيرة الأمير إدوارد في مقابل الوقت الاهتزاز التي تحصل عليها باستخدام مرات اهتزاز العينات المستخدمة لرسم الشكل 6 حالة دراسة: CF / جزيرة الأمير إدوارد ركائز، 0.25 مم سميكة شقة مدير الطاقة جزيرة الأمير إدوارد، 300 قوة N اللحام ، 86.2 ميكرون سعة الاهتزاز، والسفر المتغير. (مقتبس من مرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل قوة 8. العهد اللفة القص من كوبونات CF / جزيرة الأمير إدوارد مقابل حام الطاقة. حصل باستخدام اللحام فال الطاقةUES العينات المستخدمة لرسم الشكل 6 حالة دراسة: CF ركائز / جزيرة الأمير إدوارد، مدير الطاقة جزيرة الأمير إدوارد شقة 0.25 مم سميكة، 300 قوة N اللحام، 86.2 ميكرون سعة الاهتزاز، والسفر المتغير. (مقتبس من مرجع 4 بإذن من السيفير.) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
النتائج المقدمة في القسم السابق تشير إلى مدى ملاءمة طريقة مباشرة المقترحة في هذه الورقة لحام بالموجات فوق الصوتية من بالحرارة كوبونات لفة واحدة المركبة لغرض الاختبار الميكانيكي. الفقرات التالية مناقشة كيفية التحقق من صحة نتائج الركائز الرئيسية الثلاث للأسلوب، أي استخدام الإدارة شقة الطاقة فضفاضة، والاستفادة من التغذية المرتدة عملية لتحديد المدة المثلى من الاهتزاز واستخدام وسائل منع التشرد، فضلا عن تطبيق وقيود هذه التقنية.
وفيما يتعلق الركيزة الأولى، يتم عرض مدراء الطاقة شقة للسماح لحام الناجح لكوبونات TPC. في لحام بالموجات فوق الصوتية من البلاستيك غير المدعومة، يطلب من مديري الطاقة في شكل نتوءات الراتنج مع مساحة أصغر مستعرضة من ذلك التداخل الانضمام لتوليد سلالات دوري أعلى، وبالتالي، التفضيلي توليد الحرارة اللزجة في بين حاموجه 6. ومع ذلك، في لحام بالموجات فوق الصوتية من TPCs والمخرجين الطاقة شقة مع نفس المنطقة مستعرضة كما تداخل لحام لم بنجاح يؤدي إلى تسخين اللزجة تفضيلية في واجهة اللحام نظرا لصلابة الضغط أقل من مدير الطاقة شقة وسلالات بالتالي أعلى دوري خلال عملية لحام. الحرارة المتولدة في واجهة يذوب مدير الطاقة ونقله إلى ركائز. تحت تأثير قوة اللحام، وتقلص مدير الطاقة المنصهر من التداخل اللحام حتى يتم الوصول إلى السفر المقررة. قيم السفر المثلى تؤدي إلى التداخل ملحومة بالكامل والمقاطع العرضية التي تشبه صفح سمكا منذ سمك خط اللحام مماثلة لتلك التي من المناطق الراتنج غنية ركائز (انظر الشكل 5). وتجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام مديري الطاقة شقة، ليست هناك حاجة تعظيم الاستفادة من مدير الطاقة من أجل تحقيق ملحومة بالكامل تتداخل 8، كمابدلا من الحلول مدير الطاقة التقليدية، والذي شكل وحجم والتباعد بين مديري الطاقة يحتاج إلى أن يكون الأمثل لتحقيق التغطية الكاملة للمنطقة اللحام المقصود 10،11. وبالمثل، بالمقارنة مع الحلول مثل مديري الطاقة الثلاثي يستخدم تقليديا لحام بالموجات فوق الصوتية من TPCs 3، وقد ثبت مديري الطاقة مسطح أن يؤدي إلى القيم قوة اللحام مماثلة في حين عدم وجود تأثير سلبي كبير على النتائج الهامة الأخرى للعملية مثل الحد الأقصى القوة والطاقة أو لحام الساعة 8.
وفيما يتعلق الركيزة الثانية، على مزيج معين من القوة لحام والسعة، فمن الممكن لتحديد القيم المثلى السفر، أي القيم السفر التي تؤدي إلى أقصى قدر من القوة، استنادا إلى منحنيات القوة والتشريد التي تقدمها لحام بالموجات فوق الصوتية. في الأساس، فإن الأحداث المختلفة في السلطة والتشريد منحنيات خلال مرحلة الاهتزاز من عملية لحام كاليفورنيان تكون ذات صلة التغيرات الجسدية التي تحدث في مدير الطاقة وركائز TPC خلال تسخين 2. وفقا لذلك، وكما هو مبين في الشكل 2، ويمكن تقسيم مرحلة الاهتزاز من عملية لحام في 5 مراحل التالية 2:
المرحلة 1، وتتميز التزايد المستمر لقوة تبدد حتى يتم التوصل إلى الحد الأقصى وتراجع صغير من sonotrode لاستيعاب الاهتزاز. في مرحلة يحدث 1 التدفئة من مدير الطاقة دون أي التغيرات الجسدية يمكن ملاحظتها في واجهة لحام. المرحلة 2، وتتميز بانخفاض السلطة وليس التهجير كبير من sonotrode. في المرحلة 2 يبدأ مدير الطاقة شقة في الذوبان محليا باعتباره التنوي الساخنة وعملية النمو. المرحلة 3، يتميز زيادة القوة وتشريد نحو الانخفاض من sonotrode. في المرحلة 3 مدير الطاقة الكامل هو المنصهر ويبدأ في التدفق تحت تأثير قوة اللحام. المرحلة 4، تتميزهضبة السلطة وتشريد نحو الانخفاض من sonotrode. في المرحلة 4 المصفوفة في الطبقات العليا من ركائز مركب تبدأ في الذوبان محليا جنبا إلى جنب مع تدفق قطرات من مدير الطاقة. المرحلة 5، وتتميز انخفاض القوة وتشريد نحو الانخفاض من sonotrode. في المرحلة 5 ذوبان المصفوفة في ركائز هو السائد.
يحدث أعلى قوة اللحام خلال المرحلة 4 منذ ذوبان المصفوفة في الطبقات العليا من ركائز مركب يتيح نشر سلاسل البوليمر عبر واجهة لحام والتورط بالتالي الجزيئي بين ركائز اثنين. هذا التشابك الجزيئية يطور علاقة قوية مما يؤدي الى تمزق الألياف أثناء الاختبار حضن واحد، كما رأينا في الشكل (5). ما وراء هذه المرحلة المثلى، وذوبان المفرط للمصفوفة في ركائز النتائج المركبة في تشويه الألياف كبير في واجهة لحام، والذي يعتقد أن يتسبب في انخفاض في سترينج اللحامال 4. النتائج المعروضة في الشكل (6)، والتي تتوافق مع مجموعة محددة من قوة اللحام وسعة الاهتزاز، ودعم هذه المناقشة. وتجدر الإشارة إلى أن قوة مختلفة / الجمع بين السعة من شأنه أن يؤدي في الناتج يختلف عن عملية لحام من حيث الطاقة القصوى والطاقة المستهلكة وكذلك مدة مرحلة الاهتزاز 2. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لتحديد القيمة المثلى سفر مستقل عن قوة المختار / الجمع بين سعة 4.
فيما يتعلق المحور الثالث، أدى لحام التي تسيطر عليها النزوح في مبعثر منخفضة نسبيا في قوة القص اللفة واضحة للوصلات الملحومة في الظروف المثلى. ويعتقد أن هذا ينتج عن حقيقة أن جميع العينات التي تم ملحومة على الدوام في نفس المرحلة (أي مرحلة 4) ضمن المرحلة الاهتزاز من العملية) كما هو مبين في الشكل (4). الشكل 7 يدل على أنه إذااستخدمت الوقت كمعلمة مسيطرة لعملية لحام، ويمكن أن يكون من المتوقع مبعثر العالي في قيم القوة نظرا لتداخل كبير في العصر اهتزاز للقيم سفر مختلفة. وفقا لشكل رقم 8 والنتائج المقدمة في الأدب 12، والطاقة هو خيار أفضل من الوقت كمعلمة مسيطرة. ومع ذلك، فإن الطاقة لحام تعتمد بشكل كبير على سماكة من ركائز وطبيعة تهزهز لحام، وبالتالي تتغير قيمة الطاقة المثلى بشكل ملحوظ عند أي من هذه المتغيرات اثنين تغيير 4. على العكس، يرتبط تهجير sonotrode مباشرة إلى تدفق قطرات من مدير الطاقة ومصفوفة في واجهة لحام، وبالتالي من المتوقع أن تكون أقل حساسية للتغيرات في أي من المتغيرات المذكورة أعلاه 4.
طريقة رواية وصفها في هذه الورقة يسمح اضحة شبه مجال اللحام بالموجات فوق الصوتية من شركات بالحرارةكوبونات osite لواحد اختبار اللفة القص. تم عرض النتائج تشير إلى حام المركبة CF / جزيرة الأمير إدوارد ولكن تم تطبيق نفس الأسلوب بنجاح لمركبات اللدائن الحرارية عززت أخرى مثل كبريتيد CF / polyphenyplene (PPS) 8. كما هو موضح في ورقة، فإن هذه الطريقة قابلة للتطبيق مباشرة لحام للهندسة محددة للغاية، ولكن في حالة وتعتبر هندسة اللحام مختلفة، وهناك ثلاث نقاط الحرجة التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار. أولا، زيادة على منطقة الاتصال بين الأجزاء تلحم له تأثير مباشر على أقصى قدر من السلطة تبدد أثناء عملية اللحام. وبالتالي، الحد الأقصى للمنطقة التي يمكن أن تكون ملحومة في طلقة واحدة محدودة من الطاقة القصوى التي يقدمها لحام بالموجات فوق الصوتية. ثانيا، إن الطريقة الموضحة في هذه الورقة يعتبر التدفق غير المقيد للمدير الطاقة المنصهر من أربع حواف التداخل اللحام. قد والتكوين لحام مختلفة، ومع ذلك تقييد تدفق البوليمر. هذامن المتوقع أن يكون لها تأثير على تطور تهجير sonotrode أثناء عملية لحام، وربما لفرض قيود على اللحام التي تسيطر عليها النزوح. ثالثا، إذا كان سمك الأجزاء هو أن هذه المسافة من sonotrode إلى واجهة لحام هو أعلى من 6 مم، واعتبارات محددة من الميدان حتى الآن ينبغي أخذها في الاعتبار لحام بالموجات فوق الصوتية لل. ومع ذلك، يمكن اعتبار الطريقة المعروضة في هذه الورقة كأساس لوضع إجراءات لحام بالموجات فوق الصوتية لتجميع هياكل المركب بالحرارة الفعلية. وتبسيط المستجدات والمزايا الرئيسية لهذه الطريقة المعالجة نتيجة لاستخدام إدارة الطاقة مسطحة فضفاضة واستخدام البيانات المقدمة من قبل لحام لتحديد بسرعة مدة المثلى من الاهتزاز لمجموعات مختلفة من القوة والسعة. بالمقارنة مع إجراءات المحاكمة والخطأ الحالية، وتحديد المعايير العملية استنادا إلى بيانات عملية لديه القدرةلتقديم وفورات كبيرة في الجهد والوقت اللازم لتطوير عمليات اللحام لتطبيقات محددة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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.
- 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).
