Ultrasonic Svejsning af Termoplastisk Composite Kuponer for Mekanisk karakterisering af svejste samlinger gennem Single Lap Shear Test

Introduction

Termoplastiske kompositter (TPC) har evnen til at blive svejset, hvilket bidrager til deres omkostningseffektiv produktion. Svejsning kræver lokal opvarmning under tryk for at blødgøre eller smelte den termoplastiske harpiks af samlefladerne og give mulighed for intim kontakt og efterfølgende inter-diffusion af termoplastiske polymerkæder tværs af svejsningen interface. Når molekylær inter-diffusion er opnået, nedkøling under pres konsoliderer svejset fælles. Adskillige svejsning teknikker er gældende for termoplastiske kompositter, som primært adskiller sig i varmekilden ^1, men de vigtigste "vedhæftning" mekanisme, dvs. molekylær entanglement, forbliver uændret. Ultralydsvejsning tilbyder meget korte svejsning gange (i størrelsesordenen nogle få sekunder), let automatisering og det er næsten uafhængig af den type af armering i de termoplastiske sammensatte substrater. Desuden giver mulighed for in situ overvågning ^2,3 4. Ultralydssvejsning af termoplastiske kompositter er hovedsagelig en plet svejseproces imidlertid vellykket svejsning af længere sømme gennem sekventiel ultralydsvejsning er blevet rapporteret i litteraturen ^5. I modsætning til resistens eller induktionssvejsning, ultralydsvejsning er ikke blevet industrielt ansøgte strukturelle samlinger mellem termoplastiske sammensatte dele hidtil. Ikke desto mindre er en betydelig indsats i øjeblikket afsat til at fremme udviklingen af ​​den strukturelle ultralydssvejsning af termoplastiske kompositter til fly applikationer.

I ultralydsvejsning er delene, der skal sammenføjes underkastes en kombination af statisk kraft og højfrekvente lav-amplitude mekaniske vibrationer tværs af svejsningen grænseflade, hvilket resulterer i varmeudvikling gennem overfladen og viskoelastiske opvarmning. Præferentiel opvarmning ved svejsningen grænsefladen fremmesgennem brug af harpiks fremspring på overfladerne, der skal svejses, som undergår højere cyklisk belastning, og dermed højere viskoelastisk opvarmning, end substraterne ^6. Kraft og vibration udøves på de dele, der skal svejses gennem en sonotrode tilsluttet en presse og en ultralyds tog bestående af piezo elektrisk konverter og booster. Afhængigt af afstanden mellem det punkt, hvor sonotroden kontakter den del, der skal forbindes og svejsning interface, kan der sondres mellem nær-felt og langt-field ultralydssvejsning. Nær-felt svejsning (mindre end 6 mm mellem sonotrode og svejsning interface) kan anvendes på en bredere vifte af materialer, mens anvendeligheden af fjernfelts svejsning til en bestemt termoplastisk materiale er stærkt afhængig af materialets evne til at gennemføre lydbølger ⁶ .

Den ultralyds svejsning proces kan inddeles i tre hovedfaser. For det første, en kraft opbygningsfase, hvorunder sonotrode øger gradvist kraften på de dele, der skal svejses, indtil en given tærskelværdi kraft er nået. Ingen vibrationer anvendes i denne fase. For det andet er en vibration fase, der begynder, når aftrækkeren kraft er nået. I denne fase sonotrode vibrerer ved den foreskrevne amplitude for en vis tid genererer varme, der behøves til svejseprocessen. Mikroprocessor kontrolleret ultrasoniske svejsere giver flere muligheder for at styre varigheden af vibrationer fase, blandt dem tid (dvs. direkte kontrol), forskydning eller energi (indirekte kontrol). Den kraft i denne fase, dvs., svejsning kraft, kan holdes konstant og lig med aftrækkeren kraft eller kan gradvist varieres under anvendelse af vibration. For det tredje, at en størkning fase, hvorunder de svejste dele er tilladt at køle ned under en vis størkning kraft i en vis tid. Ingen vibrationer påføres under denne sidste fase.

Svejsning foRCE, vibrationer amplitude, vibrationer frekvens og varighed af vibrationer fase (enten direkte eller indirekte kontrolleres gennem energi eller forskydning) er de svejseparametre, der styrer varmeudvikling. Kraft, amplitude og varighed er brugerdefinerede parametre, mens frekvensen er fastsat for hver ultralyd svejser. Solidificationforce og størkning tid, også svejseparametre, ikke gribe ind i opvarmningsprocessen men påvirker konsolidering og sammen med resten af ​​parametre, den endelige kvalitet af de svejsede samlinger.

Denne artikel præsenterer en ny enkel metode til nær-felt ultralyds svejsning af individuelle TPC kuponer i en enkelt lap konfiguration for efterfølgende mekanisk, enkelt lap shear (LSS), afprøvning efter ASTM (American Society for Testing and Materials) D 1002 standard. Mekanisk testning af de svejsede kuponer tillader bestemmelse af tilsyneladende forskydningsstyrke i leddene, som er en af ​​egenskaberne mest commkun anvendes til at kvantificere styrken af termoplastisk komposit svejste samlinger ^7. Svejsningen beskrevet i dette papir er baseret på tre grundpiller. For det første er løse flade energi direktører bruges til præferentiel varmeudvikling ved sammenføjning grænsefladen ^8,9 under svejseprocessen. For det andet er de behandle data fra ultralyd svejser bruges til hurtigt at definere den optimale varighed af vibrationer fase for en / amplitude kombination ^2,4 specifik kraft. For det tredje er varigheden af vibrationen fase indirekte styres gennem forskydning af sonotroden for at sikre en ensartet kvalitet af de svejste samlinger ^4. Denne svejsning metode giver følgende vigtige nyheder og fordele med hensyn til state-of-the-art svejseprocedurer for termoplastiske kompositter: (a) forenklet prøveforberedelse aktiveret ved brug af løse flade energi direktører i stedet for de traditionelle støbte energi direktører ^3, og (b) hurtig og cost-effektiv definition af procesparametre baseret på procesovervågning in-situ i modsætning til almindelige trial and error tilgange. Selvom den er beskrevet i dette papir metode er rettet mod at opnå en meget konkret og enkel svejsning geometri det kan tjene som grundlag for at definere en procedure for svejsning af faktiske dele. En væsentligste forskel i dette tilfælde skyldes indspændt strømning af energi direktør i modsætning til ubegrænset strømning ved de fire kanter af overlapningen i enkelt lap kuponer.

Protocol

1. Prøvetagning Skæring og Forberedelse til Ultrasonic Svejsning

1. Skær rektangulære prøver, der måler 25,4 mm x 101,6 mm fra et større termoplastisk komposit laminat under anvendelse af en skæreteknik der forhindrer delaminering af kanterne af prøverne (f.eks diamant-sav eller vandstråleskæring).
   Bemærk: Dimensionerne af prøverne er baseret på ASTM D 1002 standard.
   1. Da styrken af de svejste samlinger afhænger af fiberorientering på overfladerne, der skal svejses ^10, sørge for at skære alle prøverne i den samme orientering.
2. Efter skæring, tørre prøver i en ovn i henhold til fabrikantens anbefalinger i tilfælde den termoplastiske harpiks tendens til at absorbere fugt (f.eks 6 timer ved 135 ° C i seks-lags kulfiberforstærket polyetherimid, CF / PEI, prøver).
3. Skær flade energiledere lavet af ren termoplastisk folie (samme harpiks som matrix i kompositmaterialet) til størrelse (ca. 26 mm x 26 mm) med en tykkelse på mindst 0,25 mm. Hvis det er nødvendigt, tørre energi direktør efter producentens anbefalinger (f.eks 1 time ved 135 ° C i PEI energi direktør).
4. Før svejsning, inspicere prøver én efter én for delaminerede hjørner og kassér evt. Rengør dem ved hjælp af en affedtningsmiddel og en bomuldsklud. Rengør de flade energi direktører efter den samme procedure.

2. Ultrasonic Svejsning af Single Lap Shear Kuponer

Bemærk: En mikroprocessorstyret ultralyd svejser kan svejse med konstant amplitude anvendes i dette trin. Svejseren udgange procesdata, såsom spredes kraft og forskydning af sonotrode versus tid til dataopsamling software i en computer. En specialbygget jig designet og fremstillet til præcist at positionere og klemme prøver enkelt forskydningsstyrke under ultralyds svejsning bruges i dette trin (se figur 1).

Figur 1. Ultrasonic svejser og specialbyggede svejsning setup anvendt i denne undersøgelse 1:. Sonotrode, 2: glidende platform, 3: klemme til de øverste eksemplar (knyttet til to), og 4: klemme for de lavere prøven (Gengivet fra henvisning 4 med tilladelse fra Elsevier.) klik her for at se en større version af dette tal.

1. Udfyld en logbog ark før hver svejsning eksperiment.
   1. Vær opmærksom på følgende parametre: RT og fugtighed, svejsning setup reference, sonotrode type, prøve nummer og materialer, bredde og tykkelse af øverste og nederste prøver, og tykkelsen af ​​den energi direktør.
2. Tænd for ultralyd svejser og computer. Start datafangst software og åbne en ny session.
3. Hvis det ikke allerede er på plads, ændre sonotred til en cylindrisk sonotrode med en diameter på 40 mm, således at dens bundflade fuldstændig dækker svejseområdet.
   Bemærk: Der kan anvendes en anden form sonotrode, men dens bundflade bør ikke være mindre end svejseområdet.
4. Position og fiksere prøver og energi direktør ind i svejse jig (se figur 1).
   1. Vedhæft en flad energi direktør til bunden prøve med tape, så det dækker et lidt større område end det område, der skal svejses (12,7 mm x 25,4 mm).
   2. Placer bunden prøven i jig, og klem ved at stramme den øverste skrue.
   3. Tape den anden ende af den energi direktør til basis af opsætningen, så det forbliver på plads under processen.
   4. Placer den øverste prøven i klemme, juster den, og spænd den øverste skrue.
   5. Placer klemmen for den øverste prøve i den glidende platform og spænd de to skruer.
   6. Før vi går videre, spændes alle fire skruer gang mmalm.
5. Bestemme den optimale varighed af vibrationen fase på basis af forskydning af sonotroden at opnå den højeste svejsestyrke, som beskrevet i trin 2.5.1 til 2.5.8.
   Bemærk: En optimal varighed af vibrationen fase bestemmes for hver ønsket kombination af svejsning kraft og vibrationsamplitude.
   1. Indstil ultralyd svejser til differential forskydning-kontrol tilstand.
   2. Input svejsning kraft og vibrationsamplitude i det ultrasoniske svejser (f.eks 300 N og 86,2 um).
      Bemærk: Til denne ultrasonisk svejsning, 86,2 um svarer til spids-til-spids vibrationsamplitude. I maskinens indstillinger, er det udtrykkes som halvdelen af ​​denne værdi, 43,1 um.
   3. Input sonotrode forskydning, eller rejse, ved afslutningen af ​​vibrationen fase som en værdi svarende til den oprindelige tykkelse af den energi direktør (fx 0,25 mm).
   4. Input størkning kraft og tid til det ultrasoniske svejser (f.eks 1.000N og 4.000 ms).
   5. Når du er klar, sat på lydisolerede hovedtelefoner og start ultralyds svejseprocessen.
   6. Efter afslutningen af ​​processen, notere følgende output parametre: svejsning afstand, maksimal effekt, vibrationer tid og energi. Fjern kupon fra svejsning opsætning og skrive sit identifikationsnummer på begge ender med en maling markør.
   7. Eksporter svejsedata (strøm og forskydning af sonotroden) til et regneark og plotte magt og forskydning mod tidskurven under vibration fase af processen.
      Bemærk: forskydningskurven bør plotte den nedadgående forskydning af sonotroden i forhold til dens position ved begyndelsen af ​​vibrationen fase.
   8. Identificer forskydningen i midten af strømmen plateau (trin 4) som vist på figur 2 (i dette tilfælde 0,10 mm).
      Bemærk: Dette særlige forskydning værdi er den optimale rejse, der styrer varigheden af ​​vibrationen fase og viljeanvendes i hver efterfølgende svejsning af samme svejsning kraft og amplitude.

Figur 2. Effekt (sort) og forskydning (grå) kurver for ultralyd svejseprocessen indikerer optimal rejser værdi. Vibrationen fase af ultralydssvejsning kan opdeles i 5 trin. Optimal rejse værdi ligger inden for fase 4. Undersøgelse tilfælde: kulfiberforstærket polyetherimid -PEI substrater, 0,25 mm tyk flad PEI energi direktør, 300 N svejsning kraft, 86,2 um vibration amplitude, mm rejser 0,25. (Gengivet fra henvisning 4 med tilladelse fra Elsevier.) Klik her for at se en større version af dette tal.

6. Weld kuponer på den optimale rejse værdi for den givne svejsning kraft og amplitude combination.
   1. Gentag trin 2.1 til 2.5.6 for hver svejsning. I trin 2.5.3, bruge den optimale rejse bestemt i trin 2.5.8 for den tilsvarende svejsning kraft og amplitude kombination.
      Bemærk: Alle LSS test gennemføres efter ASTM D 1002 på en universel testmaskine med en krydshovedhastighed på 1,3 mm / min.

3. Enkelt Lap forskydningsstyrke (LSS) Test af svejste kuponer

1. Mål og noterer bredden af ​​overlappet for hver svejsede kupon.
2. Tænd for universelle test maskine og åbn testproceduren for LSS på computeren.
3. I testgrænsefladen Indtast prøvenummer og dimensioner af overlap. Indstil kraft til 0, og greb-til-greb separation til udgangsstillingen (fx 60 mm).
4. Placer prøven i greb af testmaskinen, som vist på figur 3.

Figur 3. Skematisk afbildning af spændeindretningen i Zwick / Roell 250 kN universal testmaskine (ikke målfast). Forskydningen forskydning mellem den øverste og nederste greb muliggør justering belastningsretningen med centrum svejsningen for at minimere bøjning under omgang shear styrke test. klik her for at se en større version af dette tal.

5. Start testproceduren fra computeren ved at klikke på "Start" knappen.
6. Efter prøven pauser, fjerne det fra grebene, og fastgør begge dele sammen med tape.
7. Gentag trin 3,3-3,6 for alle andre prøver.
8. Når testene er færdige, eksportere dataene til et regneark og beregne den gennemsnitlige LSS værdi, ifølge fremgangsmåden beskrevet i standarden, for hver svejsning kraft og amplitude kombination procedure.

Representative Results

Kulfiberforstærket polyetherimid (CF / PEI) prøver blev svejset efter den er beskrevet i dette papir metode. Prøverne blev opnået fra en sammensat laminat lavet af fem-sele satin stof CF / PEI, med (0/90) _3S stabling sekvens og 1,92 mm nominel tykkelse. Prøverne blev skåret fra dette laminat, så den vigtigste tilsyneladende orientering af fibrene var parallelle med deres længste side. Flade PEI energi direktører med 0,25 mm tykkelse blev brugt. Både de sammensatte prøver og energiledere blev tørret i en ovn ved 135 ° C i 6 og 1 time henholdsvis som angivet af fabrikanten. Brug af strøm- og fortrængningskurver opnået for 0,25 mm vandring, en optimal rejser værdi omkring 0,10 mm, dvs. 40% af den oprindelige tykkelse af den energi direktør, blev opnået for CF / PEI prøver svejset under 300 N svejsning kraft og 86,2 um peak -til-peak vibrationsamplitude (se figur 2 i figur 4 og 5, hhv.

Figur 4. Power kurver for CF / PEI kuponer svejset under optimale rejse De elektriske kurver (forskudt lodret for klarhed) viser konsekvent afslutning af svejseprocessen på trin 4. lodrette linje viser begyndelsen af fase 3. Undersøgelse tilfælde:. CF / PEI substrater, 0,25 mm tyk flad PEI energi direktør, 300 N svejsning kraft, 86,2 um vibration amplitude, 0 0,10 mm rejse. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5. Typisk tværsnit mikrografi (øverst) og fraktur overflade (nederst) for CF / PEI kupon svejset under optimale rejser. Svejsede samlinger ligne en tykkere sammensat laminat uden synlige forskelle mellem svejsningen linje (angivet med pil) og substraterne . Efter at have testet skødet shear, brudflader viser signifikant rive fiber. Undersøgelse tilfælde: CF / PEI substrater, 0,25 mm tyk flad PEI energi direktør, 300 N svejsning kraft, 86,2 um vibration amplitude, mm rejse 0.10. (Gengivet fra henvisning 4 med tilladelse fra Elsevier.)OAD / 53.592 / 53592fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

For at kontrollere gyldigheden af ​​den strategi, der fremlægges i dette dokument til at bestemme den optimale rejse til a / amplitude kombination vis kraft, blev prøver svejset ved forskellige rejse værdier, under og over den optimale rejse, og efterfølgende testet. Resten af svejseparametrene anvendes til svejsning af disse prøver var, som i det foregående tilfælde, 300 N svejsning kraft, 86,2 um amplitude, 1.000 N størkning kraft og 4 sek størkningstid. Figur 6 viser den tilsyneladende forskydningsstyrke som en funktion af rejse (repræsenteret som en procentdel af den oprindelige tykkelse af den energi direktør).

Figur 6. Tilsyneladende forskydningsstyrke CF / PEI coupons svejset under forskellige rejse værdier. rejse er repræsenteret her i forhold til tykkelsen af den energi direktør. Undersøgelse tilfælde: CF / PEI substrater, 0,25 mm tyk flad PEI energi direktør, 300 N svejsning kraft, 86,2 um vibration amplitude, variabel rejse. (Gengivet fra henvisning 4 med tilladelse fra Elsevier.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Endelig blev fortrængning-kontrollerede svejsning i forhold til andre muligheder, som ultralyd svejser såsom tids- eller energi-kontrollerede svejsning. Med dette formål blev de forskydningsstyrke værdier er afbildet i figur 4 afbildet som en funktion af vibrationen tid (figur 7) og svejsning energi (figur 8). Vibration tid og energi værdier for alle prøverne svejset i denne undersøgelse var bestemded af ultralyd svejser som et output af svejseprocessen.

. Figur 7. Tilsyneladende forskydningsstyrke CF / PEI kuponer versus vibrationer tid Fremstillet ved hjælp af vibrationer gange prøver bruges til at plotte Figur 6 Undersøgelse tilfælde:. CF / PEI substrater, 0,25 mm tyk flad PEI energi direktør, 300 N svejsning kraft , 86,2 um vibrationsamplitude, variabel rejser. (Tilpasset fra henvisning 4 med tilladelse fra Elsevier.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 8. Tilsyneladende forskydningsstyrke CF / PEI kuponer versus svejsning energi. Fremstillet ved hjælp af svejsning energi valdier af prøver bruges til at plotte Figur 6 Undersøgelse tilfælde:. CF / PEI substrater, 0,25 mm tyk flad PEI energi direktør, 300 N svejsning kraft, 86,2 um vibration amplitude, variabel rejse. (Tilpasset fra henvisning 4 med tilladelse fra Elsevier.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Resultaterne præsenteres i det foregående afsnit viser, hensigtsmæssigheden af ​​den enkel metode, der foreslås i dette papir til ultralyds svejsning af termoplastiske komposit enkelt lap kuponer til den mekaniske test. De følgende afsnit diskutere, hvordan resultaterne validerer de tre vigtigste søjler i den metode, dvs brug af flade løse energi direktører, brug af processen feedback til at definere en optimal varighed vibrationer og brug af forskydning kontrol, samt anvendeligheden og begrænsningerne i teknikken.

Med hensyn til den første søjle, er flad energi direktører vist at tillade vellykket svejsning af TPC kuponer. I ultralyds svejsning af uarmerede plast, er energi direktører i form af harpiks fremspring med en mindre tværsnitsareal end den sammenføjning overlapning kræves for at generere højere cykliske stammer og dermed, fortrinsret viskoelastisk varmeudvikling ved svejsning inter^flade 6. Men i ultralydssvejsning af TPC'er, flade energiledere med samme tværsnitsareal som svejsningen overlap do held medfører præferentiel viskoelastisk opvarmning ved svejsningen grænsefladen på grund af den lavere trykstivhed af den flade energileder og dermed højere cykliske stammer under svejseprocessen. Den varme, der genereres ved grænsefladen smelter energileder og overføres til substraterne. Under indvirkning af svejsningen kraft, er det smeltede energileder presses ud af svejsning overlap indtil det foreskrevne rejse er nået. Optimale rejse værdier fører til fuldstændig svejsede overlapninger og tværsnit, der ligner en tykkere laminat eftersom tykkelsen af svejsningen linje svarer til den af harpiksen-rige områder i substraterne (se figur 5). Det skal bemærkes, at der ved anvendelse af flade energiledere, er optimering af energileder ikke nødvendig for at opnå fuldt svejset overlapper ^8, sommodsætning til mere traditionelle energileder løsninger, hvor størrelse, form og afstand mellem energiledere skal optimeres for at opnå fuld dækning af den tilsigtede svejseområdet ^10,11. Ligeledes sammenlignet med opløsninger såsom trekantede energiledere traditionelt anvendes til ultralydsvejsning af TPC'er ^3, flade energiledere er blevet vist at resultere i lignende svejsning styrkeværdier mens ikke at have en væsentlig negativ indvirkning på andre vigtige output af processen, såsom maksimal magt, energi eller svejsning tid ^8.

Med hensyn til den anden søjle, for en bestemt kombination af svejsning kraft og amplitude, er det muligt at definere optimale rejse værdier, dvs. rejse værdier, der fører til maksimal styrke, baseret på strøm- og fortrængningskurver leveret af ultralyd svejser. Væsentlige, de forskellige begivenheder i strøm- og forskydning kurver under vibration fase af svejseprocessen can være relateret til de fysiske ændringer, der sker på energiområdet direktør og TPC substrater under opvarmning ^2. Følgelig og som vist i figur 2, vibrationen fase af svejseprocessen kan opdeles i følgende 5 trin ^2:

Stage 1, kendetegnet ved vedvarende stigning af den afsatte effekt indtil et maksimum nås og lille tilbagetrækning af sonotroden til at rumme vibrationen. I fase indtræder 1 opvarmning af energi direktør uden observerbare fysiske ændringer ved svejsning interface. Stage 2, kendetegnet ved magt fald og ingen signifikant forskydning af sonotrode. I fase 2 den flade energi direktør begynder at lokalt smelte som en hot-spot kimdannelse og vækst proces. Stage 3, kendetegnet ved effektforøgelse og nedadgående forskydning af sonotrode. I fase 3 den komplette energileder er smeltet og begynder at flyde under indvirkning af svejsningen kraft. Stage 4, kendetegnet ved enpower plateau og nedadgående forskydning af sonotrode. I fase 4 matrixen i de øverste lag af de sammensatte substrater begynder at lokalt smelte sammen med squeeze strømmen af ​​energi direktør. Etape 5, kendetegnet ved faldende magt og nedadgående forskydning af sonotrode. I trin 5 smeltning af matricen i substraterne er dominerende.

Den højeste svejsestyrke forekommer under trin 4, idet smeltning af matricen i de øverste lag af de sammensatte substrater muliggør diffusion af polymerkæder tværs svejsningen interface og dermed molekylær sammenfiltring mellem de to substrater. Denne molekylære entanglement udvikler en stærk forbindelse, som resulterer i fiber rivning under enkelt omgang test, som det ses i figur 5. Ud over dette optimale tidspunkt, overdreven smeltning af matricen i de sammensatte substrater resulterer i signifikant fiber forvrængning ved svejsning interface, som menes at forårsage et fald i svejsningen Strength ^4. Resultaterne præsenteret i figur 6, som svarer til en specifik kombination af svejsning kraft og vibrationsamplitude, støtter denne diskussion. Det skal bemærkes, at forskellige kraft / amplitude kombination ville resultere i forskellige output fra svejseprocessen i form af maksimal effekt og energi, der forbruges, samt varigheden af vibrationer ^fase 2. Ikke desto mindre er metoden til at bestemme den optimale rejse værdi er uafhængig af den / amplitude kombinationen ⁴ valgt kraft.

Med hensyn til den tredje søjle, forskydning-kontrollerede svejsning resulterede i relativt lav scatter i den tilsyneladende forskydningsstyrke af led svejset i de optimale betingelser. Dette menes at skyldes den kendsgerning, at alle prøverne konsekvent blev svejset i samme fase (dvs. trin 4) inden for vibration fase af processen), som vist i figur 4. Figur 7 viser, at hvistid havde været brugt som den styrende parameter for svejseprocessen, kan en højere spredning i styrke værdierne er blevet forventet på grund af den betydelige overlapning i vibrationer tider for forskellige rejse værdier. Ifølge figur 8 og resultaterne præsenteret i litteraturen ^12, energi er en bedre løsning end tid som det styrende parameter. Imidlertid svejsning energi er stærkt afhængig af tykkelse af substraterne og arten af svejsningen jig og derfor den optimale energiværdien ændres markant, når en af disse to variabler ændrer ^4. Modsat er forskydning af sonotroden direkte relateret til squeeze strømmen af energileder og matrix ved svejsning interface og således kan forventes at være mindre følsom over for ændringer i nogen af de ovennævnte variabler ^4.

Den hidtil ukendte fremgangsmåde er beskrevet i dette dokument tillader ligetil nær-felt ultralydsvejsning af termoplastisk composite kuponer til test enkelt lap shear. Resultaterne præsenteret refererer til svejsning af CF / PEI kompositter men den samme fremgangsmåde er blevet anvendt med succes til andre forstærkede termoplastiske kompositter, såsom CF / polyphenyplene sulfid (PPS) ^8. Som beskrevet i artiklen, er fremgangsmåden direkte anvendelse på svejsning af en meget specifik geometri, dog i tilfælde en anden svejsning geometri betragtes, er der tre kritiske punkter, der skal tages i betragtning. For det første stigende af kontaktareal mellem delene, der skal svejses har en direkte indvirkning på den maksimale effekt spredes under svejsning. Derfor er det maksimale område, der kan svejses i ét skud begrænset af den maksimale effekt leveres af ultralyd svejser. For det andet er den i dette dokument fremgangsmåde finder ubegrænset strømning af det smeltede energi direktør ud af de fire kanter af svejsningen overlap. En anden svejsning konfiguration kan dog begrænse polymer flow. Dennekan forventes at have indflydelse på udviklingen af ​​forskydningen af ​​sonotrode under svejseprocessen og sandsynligvis indføre begrænsninger forskydning-kontrollerede svejsning. For det tredje, hvis tykkelsen af ​​delene er således, at afstanden fra sonotroden til svejsningen grænsefladen er højere end 6 mm, særlige overvejelser fjernfelts skal der redegøres for ultralydssvejsning. Ikke desto mindre kan fremgangsmåden i dette papir betragtes som et grundlag for udviklingen af ​​ultralyds svejsning procedurer til samling af faktiske termoplastiske kompositkonstruktioner. De vigtigste nyheder og fordele ved denne metode er forenklet behandling på grund af brugen af ​​løse flad energi direktører og brugen af ​​de data, som svejseren til hurtigt at definere den optimale varighed af vibration for forskellige kombinationer af kraft og amplitude. I forhold til de nuværende trial-and-error procedurer, fastlæggelse af procesparametre baseret på procesdata har potentialeat tilbyde betydelige besparelser i den indsats og tid er nødvendig for at udvikle svejseprocesser til specifikke applikationer.

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.