Ultralyd sveising av termoplast Kompositt kuponger for Mekanisk Karakterisering av sveisede skjøter gjennom enkelt Lap Shear Testing

Introduction

Termoplastiske kompositter (TPC) har evnen til å bli sveiset, noe som bidrar til deres kostnadseffektiv produksjon. Sveising krever lokal oppvarming under trykk for å mykne eller smelte den termoplastiske harpiks av sammenføringsflatene og for å muliggjøre intim kontakt og etterfølgende inter-diffusjon av termoplastiske polymerkjeder på tvers av sveisegrensesnittet. Når molekylær inter-diffusjon er oppnådd, kjøles ned under press konsoliderer sveisen. Flere sveiseteknikker kan anvendes på termoplastiske kompositter som avviker hovedsakelig i varmekilden ^en imidlertid den viktigste "adhesjon" mekanisme, dvs. molekylær sammenfiltring, forblir uendret. Ultralydsveising gir meget korte sveisetider (i størrelsesorden noen få sekunder), lett automatisering, og det er praktisk talt uavhengig av den type av armering i de termoplastiske kompositt substrater. Dessuten gir den deg mulighet for in situ overvåkning ^2,3 4. Ultralyd sveising av termo kompositter er stort sett et sted sveiseprosess, men vellykket sveising av lengre sømmer gjennom sekvensiell ultralyd sveising har blitt rapportert i litteraturen ^5. I motsetning til resistens eller induksjonssveising, ultrasonisk sveising er ikke blitt industrielt anvendt for strukturelle skjøter mellom termoplastiske komposittdeler så langt. Likevel er betydelig innsats for tiden viet til videreutvikling av strukturelle ultralyd sveising av termo blandinger for fly programmer.

I ultrasonisk sveising, vil delene som skal sammenføyes utsettes for en kombinasjon av statisk styrke og høyfrekvente lav-amplitude mekaniske vibrasjoner på tvers av sveise grensesnitt, noe som resulterer i varmegenerering gjennom overflaten og viskoelastiske oppvarming. Fortrinnsrett oppvarming ved sveising grensesnittet er forfremmetved bruk av harpiksfremspring på overflatene som skal sveises som gjennomgår høyere syklisk belastning, og dermed høyere viskoelastiske oppvarming, enn substratene ^6. Kraft og vibrasjon utøves på de delene som skal sveises gjennom en sonotrode som er koblet til en presse og en ultralyd tog bestående av piezo elektrisk omformer og forsterker. Avhengig av avstanden mellom punktet hvor sonotrode i kontakt med den del som skal sammenføyes og sveisegrensesnittet, kan det skilles mellom nær-felt og fjernfeltet ultralydsveising. Nærfeltet sveising (mindre enn 6 mm mellom sonotroden og sveising grensesnitt) er anvendelig til et bredere spekter av materialer, mens anvendeligheten av fjernfeltet sveising til en spesifikk termoplastisk materiale som er sterkt avhengig av materialets evne til å gjennomføre lydbølger ⁶ .

Den ultrasoniske sveiseprosessen kan deles inn i tre hovedfaser. For det første, en kraft oppbyggingsfase, der sonotrode gradvis øker kraften på de delene som skal sveises til en viss trigger kraft er nådd. Ingen vibrasjon blir påført i denne fasen. For det andre, en vibrasjon fase, som starter en gang avtrekkeren kraft er nådd. I denne fasen sonotrode vibrerer med den foreskrevet amplitude i en viss tid å generere den varmen som er nødvendig for sveiseprosessen. Mikroprosessorstyrt ultralyd sveise gir flere muligheter for å kontrollere varigheten av vibrasjons fase, blant dem tid (dvs. direkte kontroll), forskyvning eller energi (indirekte kontroll). Den kraft som utøves under denne fase, det vil si, sveisekraften kan holdes konstant og lik trigger kraft eller kan gradvis varieres under påføring av vibrasjon. For det tredje, til en størkningsfase, hvor de sveisede deler er tillatt avkjølt under en viss størkning kraft for en viss tid. Ingen vibrasjon blir påført i løpet av denne siste fasen.

sveise~~POS=TRUNC foRCE, vibrasjonsamplitude, vibrasjonsfrekvens og varighet av vibrasjonsfasen (enten direkte eller indirekte styres ved hjelp av energi eller forskyvning) er sveiseparameterne som styrer varmeutvikling. Force, amplitude og varighet er brukerdefinerte parametere, mens frekvensen er fast for hver ultralyd sveising. Størkning kraft og størkning tid, også sveiseparametre, ikke griper inn i oppvarmingsprosessen, men påvirker konsolidering og, sammen med resten av parametrene, den endelige kvaliteten av sveisede skjøter.

Dette notatet presenterer en ny grei metode for nær-feltet ultralyd sveising av individuelle TPC kuponger i en enkelt runde konfigurasjon for påfølgende mekanisk, enkelt runde skjær (LSS), testing etter ASTM (American Society for Testing og Materials) D 1002 standard. Mekanisk testing av de sveisede kuponger tillater å bestemme den tilsynelatende runde skjærstyrke av leddene, som er en av egenskapene mest commbare brukt til å kvantifisere styrken av termoplastkompositt sveisede skjøter ^7. Sveise metoden beskrevet i denne artikkelen er basert på tre hovedpilarer. For det første er løse flat energi styremedlemmer brukes til fortrinnsrett varmeutvikling ved å bli med grensesnittet ^8,9 under sveiseprosessen. For det andre, blir prosessdataene levert av den ultrasoniske sveiseren brukes til raskt å definere den optimale varigheten av vibrasjonsfasen for en bestemt kraft / amplitude kombinert ^2,4. For det tredje, er varigheten av vibrasjonsfasen indirekte styres ved forskyvningen av det sonotrode for å sikre jevn kvalitet av sveiseskjøter ^4. Denne sveisemetoden har følgende hoved nyheter og fordeler med hensyn til state-of-the-art sveiseprosedyrer for termo kompositter: (a) forenklet prøveopparbeidelse aktivert ved bruk av løse flate energi styremedlemmer i stedet for tradisjonelle støpte energi regissører ^3, og (b) rask og cost effektive definisjon av prosessparametre basert på in-situ prosessovervåking i motsetning til vanlige prøving og feiling tilnærminger. Selv om fremgangsmåten som er beskrevet i dette dokumentet er rettet mot oppnåelse av en meget spesifikk og enkel sveising geometri kan det tjene som et grunnlag for å definere en fremgangsmåte for sveising av selve delene. En hovedforskjell i dette tilfelle er et resultat av anstrengt flyten av energi leder, i motsetning til fri strømning ved de fire kanter av overlappingen i enkle runde kuponger.

Protocol

1. Prøve Cutting og klargjøring for ultralyd sveising

1. Skjær rektangulære prøvene som måler 25,4 mm x 101,6 mm fra en større termoplastisk komposittlaminat ved hjelp av en skjæreteknikk som hindrer delaminering av kantene av prøvene (for eksempel diamant-sag eller vannstråleskjæring).
   Merk: Dimensjonene av prøvene er basert på ASTM D 1002 standard.
   1. Siden styrken på sveisede skjøter avhenger av fiberorienteringen på overflatene som skal sveises ^10, ta hånd for å skjære alle prøvene i samme retning.
2. Etter å kutte, tørre prøver i en ovn som per produsentens anbefalinger i tilfelle termoplast har en tendens til å absorbere fuktighet (f.eks 6 timer ved 135 ° C i seks-lags karbon fiber forsterket polyetherimide, CF / PEI, prøver).
3. Skjær flate energi styre laget av ren termoplastisk film (samme harpiks som matriksen i kompositt) til størrelse (ca. 26 mm x 26 mm) med en tykkelse på minst 0,25 mm. Om nødvendig, tørk den energien regissøren følgende produsentens anbefalinger (f.eks en time ved 135 ° C i PEI energi styremedlem).
4. Før sveising, inspisere prøver en etter en for delaminert hjørner og kast om nødvendig. Rengjør dem med en avfettingsmiddel og en bomullsklut. Rengjør flate energi styremedlemmer som følger samme prosedyre.

2. ultralyd sveising av enkelt Lap Skjær kuponger

Merk: Et mikroprosessorstyrt ultralyd-sveiseren i stand til å sveise ved konstant amplitude brukes i dette trinnet. Sveiseren utganger prosessdata, for eksempel utsvevende kraft og forskyvning av sonotrode versus tid til datainnsamling programvare i en datamaskin. Et spesialtilpasset jig designet og produsert til nøyaktig posisjon og klemme enkelt lap skjær prøvene under ultralyd sveising brukes i dette trinnet (se figur 1).

Figur 1. Ultralyd sveising og spesialbygde sveise oppsettet brukt i denne studien. 1: sonotrode, 2: glideplattform, 3: klemme for de øvre prøven (festet til to), og 4: klemme for de lavere prøven (Gjengitt fra referanse 4 med tillatelse fra Elsevier.) klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

1. Fyll ut en loggbok ark før hver sveise eksperiment.
   1. Legg merke til følgende parametere: RT og fuktighet, sveising oppsett referanse, sonotrode type, prøvenummer og materialer, bredde og tykkelse på topp og bunnprøver, og tykkelsen på energi regissøren.
2. Slå på ultralyd sveiser og datamaskinen. Start datainnsamling programvare og åpne en ny økt.
3. Hvis det ikke allerede er på plass, endre sonotred til en sylindrisk sonotrode med en diameter på 40 mm, slik at dens bunnflate fullstendig dekker sveiseområdet.
   Merk: En annen form av sonotrode kan anvendes, men dens bunnflate bør ikke være mindre enn sveiseområdet.
4. Posisjon og fiksere prøver og energidirektør i sveise jiggen (se figur 1).
   1. Feste en flat leder energi til de nederste prøven med klebebånd slik at det dekker et litt større område enn det området som skal sveises (12,7 mm x 25,4 mm).
   2. Plasser bunnen prøven i jiggen og klemme den ved å stramme den øverste skruen.
   3. Tape den andre enden av energien regissøren til bunnen av oppsettet slik at den holder seg på plass i løpet av prosessen.
   4. Plasser den øvre prøven i klemmen, justere den og skru den øverste skruen.
   5. Plasser klemmen for den øverste prøven i den glidende plattform og stram begge skruene.
   6. Før du fortsetter videre, stram alle fire skruene gang mmalm.
5. Bestemme den optimale varigheten av vibrasjonsfasen, basert på forskyvning av sonotrode for å oppnå den høyeste sveisestyrke, som beskrevet i trinn 2.5.1 til 2.5.8.
   Merk: En optimal varighet av vibrasjonsfasen bestemmes for hver ønsket kombinasjon av sveisekraften og vibrasjonsamplitude.
   1. Sett ultralyd sveising forskjells forskyvning-kontrollmodus.
   2. Input sveisekraften og vibrasjonsamplitude inn i den ultrasoniske sveising (for eksempel 300 N og 86,2 um).
      Merk: For denne ultralyd sveising, 86,2 mikrometer tilsvarer peak-to-peak vibrasjon amplitude. I maskininnstillingene, er det uttrykt som halv denne verdien, 43,1 mikrometer.
   3. Input sonotrode forskyvning, eller for, ved utgangen av vibrasjonsfasen som en verdi som er lik den opprinnelige tykkelse av energien leder (for eksempel 0,25 mm).
   4. Input størkning kraft og tid i den ultrasoniske sveising (for eksempel 1000N og 4000 millisekunder).
   5. Når du er klar, ta på lydisolerte hodetelefoner og starte ultralyd sveising prosessen.
   6. Etter gjennomføring av prosessen, legg merke til følgende output parametre: sveising avstand, maksimal kraft, vibrasjon tid og energi. Fjern kupongen fra sveise oppsett og skrive sitt identifikasjonsnummer på begge ender med en maling markør.
   7. Eksportere sveisedata (motor og forskyvning av sonotrode) til et regneark og plotte kraft og forskyvning mot tidskurver under vibrasjon fasen av prosessen.
      Merk: Forskyvningen kurve skal plotte den nedadgående forskyvning av sonotrode i forhold til dens stilling ved begynnelsen av vibrasjonsfasen.
   8. Identifiser forskyvning i midten av kraft platå (trinn 4), som vist på figur 2 (i dette tilfelle 0,10 mm).
      Merk: Denne spesielle forskyvningsverdien er den optimale for som styrer varigheten av vibrasjonsfasen og vilbrukes i enhver etterfølgende sveis for samme sveisekraften og amplitude.

Figur 2. Power (svart) og forskyvning (grå) kurver for ultralyd sveising prosessen indikerer optimal reise verdi. Vibrasjonen fase av ultralyd sveising kan deles i 5 etapper. Optimal reise verdi ligger innenfor scene 4. Studer saken: carbon fiber forsterket polyeterimidsiloksaner -PEI underlag, 0,25 mm tykk flat PEI energidirektør, 300 N sveising kraft, 86,2 mikrometer vibrasjon amplitude, 0,25 reise mm. (Gjengitt fra referanse 4 med tillatelse fra Elsevier.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

6. Weld kuponger på den optimale reise verdi for den gitte sveising kraft og amplitude combination.
   1. Gjenta trinn 2.1 til 2.5.6 for hver sveis. I trinn 2.5.3, bruker den optimale reise bestemt i trinn 2.5.8 for tilsvarende sveise kraft og amplitude kombinasjon.
      Merk: Alle LSS Testene utføres ved å følge ASTM D-1002 på en universal testmaskin med en krysshodehastighet på 1,3 mm / min.

3. Enkelt Lap Skjærstyrke (LSS) Testing av sveisede kuponger

1. Mål og legg merke til bredden på overlapping for hver sveiset kupong.
2. Slå på universell testing av maskinen og åpne testprosedyren for LSS på datamaskinen.
3. I testing grensesnittet, angir prøvenummer og dimensjoner av overlapping. Still kraft til 0 og gripegripe separasjon til sin utgangsstilling (for eksempel 60 mm).
4. Plasser prøven i grep av testingen maskinen som vist på figur 3.

Figur 3. Skjematisk oversikt over klem i Zwick / Roell 250 kN universalprøvemaskin (ikke i målestokk). Forskyvningen forskyvning mellom de øvre og nedre gripere tillater innretting av lastretning med midtsveiselinjen for å minimere bøying i løpet av lap shear styrke test. klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

5. Start testprosedyre fra datamaskinen ved å klikke på "Start" -knappen.
6. Etter at prøven pauser, ta det fra tak og sikre begge deler sammen med tape.
7. Gjenta trinn 03.03 til 03.06 for alle andre prøver.
8. Når testene er fullført, eksportere dataene til et regneark, og beregne den gjennomsnittlige LSS verdi, i henhold til prosedyren beskrevet i standarden, for hver sveisekraft og amplitude kombinasjon.

Representative Results

Karbonfiber forsterket polyeterimid (CF / PEI) prøver ble sveiset å følge fremgangsmåten beskrevet i dette dokumentet. Prøvene ble oppnådd fra et sammensatt laminat laget av fem-sele satin stoff CF / PEI, med (0/90) _3S stablesekvens og 1,92 mm nominell tykkelse. Prøver ble skåret fra dette laminatet slik at hoved tydelig orientering av fibrene var parallelle med sin lengste side. Flat PEI energi regissører med 0,25 mm tykkelse ble brukt. Begge de sammensatte prøver og energi styre ble tørket i en ovn ved 135 ° C i 6 timer og 1, respektivt, som angitt av produsenten. Ved hjelp av strøm og forskyvningskurver som oppnås for 0,25 mm for en optimal reise verdi rundt 0,10 mm, dvs. 40% av den opprinnelige tykkelse av energien leder, ble oppnådd for CF / PEI prøvene som er sveiset i henhold til 300 N sveisekraften og 86,2 um topp -to-peak vibrasjonsamplitude (se Figur 2 figurene 4 og 5, respektivt.

Figur 4. Strøm kurver for CF / PEI kuponger sveiser optimal reise Kraft kurver (forskjøvet vertikalt for klarhet) viser konsekvent avslutning av sveiseprosessen på scenen 4. Vertikale linjer indikerer utbruddet av scenen 3. Study saken. CF / PEI underlag, 0,25 mm tykk flat PEI energi direktør, 300 N sveising kraft, 86,2 mikrometer vibrasjon amplitude, 0 0,10 mm reise. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5. Typisk tverrsnitt mikrograf (øverst) og bruddflaten (bunnen) for CF / PEI kupongen sveiset under optimale for. Sveisede skjøter ligne en tykkere komposittlaminat uten noen synlige forskjeller mellom sveiselinjen (angitt med pil) og substratene . Etter lap skjær testing, bruddflater vise betydelig fiber rive. Study saken: CF / PEI underlag, 0,25 mm tykk flat PEI energidirektør, 300 N sveising kraft, 86,2 mikrometer vibrasjon amplitude, 0,10 mm reise. (Gjengitt fra referanse 4 med tillatelse fra Elsevier.)OAD / 53592 / 53592fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

For å kontrollere gyldigheten av tilnærmingen presentert i dette papir for å bestemme det optimale for en viss kraft / amplitude kombinert, ble prøver sveiset ved forskjellige reise verdier, under og over den optimale reise, og deretter testet. Resten av sveiseparametrene som benyttes for sveising av disse prøver ble, som i det foregående tilfellet, 300 N sveisekraften, 86,2 um amplitude, 1000 N størkning kraft og 4 sec størkning tid. Figur 6 viser den tilsynelatende runde skjærstyrke som en funksjon av kjøre (representert som en prosentandel av den opprinnelige tykkelse av den energi direktør).

Figur 6. Tilsynelatende fanget skjærstyrke CF / PEI coupons sveiset under forskjellige reise verdier. Travel er representert her i forhold til tykkelsen av energien regissøren. Study saken: CF / PEI underlag, 0,25 mm tykk flat PEI energidirektør, 300 N sveising kraft, 86,2 mikrometer vibrasjon amplitude, variabel reise. (Gjengitt fra referanse 4 med tillatelse fra Elsevier.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Til slutt ble forskyvning styrt sveising sammenlignet med andre muligheter som tilbys av den ultrasoniske sveising slik som tids- eller energistyrt sveising. Med dette formål ble de runde skjærfasthetsverdier som er vist i figur 4 plottet som en funksjon av vibrasjons tid (figur 7), og i sveise energi (figur 8). Vibrasjons tid og energi verdier for alle prøvene sveiset i denne studien var provided av den ultrasoniske sveiseren som en utgang fra sveiseprosessen.

. Figur 7. Tilsynelatende fanget skjærstyrke CF / PEI kuponger versus vibrasjon tid oppnås ved bruk av vibrasjons ganger av prøver som brukes til å plotte Figur 6 Study saken. CF / PEI underlag, 0,25 mm tykk flat PEI energi direktør, 300 N sveising kraft , 86,2 mikrometer vibrasjon amplitude, variabel reise. (Hentet fra referanse 4 med tillatelse fra Elsevier.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 8. Tilsynelatende fanget skjærstyrke CF / PEI kuponger versus sveising energi. Oppnådd ved hjelp av sveising energi valUES av prøver som brukes til å plotte figur 6 Study saken. CF / PEI underlag, 0,25 mm tykk flat PEI energidirektør, 300 N sveising kraft, 86,2 mikrometer vibrasjon amplitude, variabel reise. (Hentet fra referanse 4 med tillatelse fra Elsevier.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Resultatene er presentert i forrige avsnitt indikerer hensiktsmessigheten av den enkle metoden foreslått i dette papiret for ultralyd sveising av termo sammensatte enkeltrunde kuponger for formålet med mekanisk testing. De følgende avsnitt diskuterer hvordan resultatene validere de tre hovedbjelkene i fremgangsmåten, dvs. bruk av flate løse energi ledere, bruk av fremgangsmåten tilbakemelding for å definere optimale varighet av vibrasjonen og bruk av forskyvning kontroll, så vel som anvendelse og begrensninger teknikken.

Med hensyn til den første søyle, flate energi styremedlemmer vist seg å tillate vellykket sveising av TPC kuponger. I ultrasonisk sveising av uforsterkede plast, blir energi styret i form av harpiks fremspring med et mindre tverrsnittsareal enn det for sammenføyning overlapping er nødvendig for å generere høyere sykliske spenninger og dermed, foretrukket viskoelastisk varmeutvikling ved sveising interansikt ^seks. Imidlertid, i et ultrasonisk sveising av TPCs, flate energi styre med det samme tverrsnittsareal som sveiseoverlappingen har med hell resulterer i preferanse viskoelastisk oppvarming ved sveisegrensesnittet på grunn av den lavere trykkstivheten av flate energi leder og dermed høyere sykliske påkjenninger i løpet sveiseprosessen. Varmen som genereres ved grenseflaten smelter energien leder og overføres til substratene. Under virkningen av sveisekraften, blir det smeltede energien direktør presset ut av sveise overlapping inntil foreskrevet for er nådd. Optimale kjøre verdier resultere i helsveiset overlappinger og tverrsnitt som ligner et tykkere laminat ettersom tykkelsen av sveiselinje er lik den for de harpiksrike områder i substratene (se figur 5). Det bør bemerkes at når man bruker flate energi styret blir optimalisering av energi leder ikke nødvendig for å oppnå fullstendig overlapper sveiset ^8, såi motsetning til mer tradisjonelle energi direktør løsninger, hvor størrelsen, formen og avstanden mellom energi styret må optimaliseres for å oppnå full dekning av det tilsiktede sveiseområdet ^10,11. På samme måte, i forhold til løsninger slik som trekantet energi styret som tradisjonelt brukes for ultralydsveising av TPCs ^3, flate energi styre har vist seg å resultere i tilsvarende sveis fasthetsverdier, mens ikke å ha en betydelig negativ innvirkning på andre viktige resultatet av prosessen som maksimal kraft, energi eller sveising tid ^8.

Med hensyn til den andre søyle, for en bestemt kombinasjon av sveisekraften, og amplitude, er det mulig å definere optimalt kjøreverdier, dvs. reise verdier som fører til maksimal styrke, basert på kraft- og forskyvningskurver som leveres av den ultrasoniske sveiseren. I hovedsak er det ulike hendelser i kraft- og fortrengningskurver under vibrasjon fase av sveiseprosessen can være relatert til de fysiske endringene som skjer i energidirektør og TPC underlag under oppvarming ^2. Følgelig, og som vist i figur 2, vibrasjonen fasen av sveiseprosessen kan deles inn i følgende 5 trinn ^2:

Trinn 1, karakterisert ved kontinuerlig økning av utsvevende strøm til et maksimum er nådd og liten tilbaketrekning av sonotrode for å få plass til vibrasjonen. I trinn skjer en oppvarming av energien leder uten noen observerbare fysiske forandringer i sveisegrensesnittet. Trinn 2, karakterisert ved kraft reduseres og ingen vesentlig forskyvning av sonotrode. I fase to flat energi regissøren begynner å lokalt smelte som en hot-spot nukleasjon og vekstprosessen. Stadium 3, karakterisert ved effektøkning og nedad forskyvning av sonotrode. I trinn 3 den komp energi leder er smeltet og begynner å strømme under påvirkning av sveisekraften. Stadium 4, karakterisert ved enkraft platå og nedad forskyvning av sonotrode. I trinn fire grunnmassen i de øverste lag av det sammensatte substrat som begynner å smelte lokalt sammen med klemme flyten av energi leder. Stage 5, karakterisert ved avtagende kraft og nedad forskyvning av sonotrode. I trinn 5 smelting av matrisen i substratene er dominerende.

Den høyeste sveisestyrke oppstår i trinn 4 etter smelting av grunnmassen i de øverste lag av det sammensatte substrat som muliggjør diffusjon av polymerkjeder på tvers av sveisegrensesnittet og følgelig molekylsammenfiltring mellom de to substratene. Dette molekylære sammenfiltring utvikler en sterk forbindelse som resulterer i fiber sprekker i løpet av én flik testing, som det fremgår av figur 5. Utover denne optimale fasen, overdreven smelting av grunnmassen i de sammensatte substrater medfører betydelig fiber forvrengning ved sveisegrensesnittet, som antas å forårsake et fall i sveisen strength ^4. Resultatene presentert i Figur 6, som tilsvarer en bestemt kombinasjon av sveisekraften, og vibrasjonsamplituden, støtter denne diskusjonen. Det må bemerkes at forskjellig kraft / amplitude kombinasjon ville resultere i forskjellig utgang fra sveiseprosessen i form av maksimal effekt og energi forbrukes, så vel som varigheten av vibrasjons fase ^2. Likevel er fremgangsmåten for å bestemme den optimale verdi for er uavhengig av den valgte kraft / amplitude kombinasjonen ^4.

Med hensyn til den tredje søyle, forskyvning styrt sveising resulterte i relativt lav spredning i den tilsynelatende fanget skjærstyrken av leddene er sveiset i optimale forhold. Dette antas å skyldes det faktum at alle prøvene ble gående sveiset i den samme scene (dvs. trinn 4) i vibrasjon fase av prosessen) som vist i figur 4. Figur 7 viser at hvistid blitt anvendt som den kontrollerende parameter for sveiseprosessen, kan et større spredning i styrkeverdiene er forventet på grunn av den betydelige overlappende i vibrasjonstider for forskjellige reise verdier. I henhold til figur 8 og til resultatene presentert i litteraturen ^12, er energi et bedre alternativ enn tid som den bestemmende parameter. Imidlertid er det sveiseenergi i høy grad avhengig av tykkelsen på substrater og arten av sveise jiggen og dermed den optimale energiverdien endres vesentlig når en hvilken som helst av disse to variabler endres ^4. Derimot har fortrengning av sonotrode direkte relatert til den klemme flyten av energi leder og matrisen ved sveisegrensesnittet og kan således forventes å være mindre følsom for endringer i hvilken som helst av de ovenfor nevnte variabler ^4.

Den nye fremgangsmåten som beskrives i dette dokumentet tillater grei nærfeltet ultralydsveising av termoplastisk komposite kuponger for enkelt runde skjær testing. Resultatene som presenteres viser til sveising av CF / PEI kompositter men den samme metoden har blitt brukt til andre armert termo kompositter som CF / polyphenyplene sulfid (PPS) ^8. Som beskrevet i artikkelen, er metoden direkte anvendelig til sveisingen av en meget spesiell geometri, men i tilfelle en annen sveisegeometri er vurdert, det er tre kritiske punkter som må tas i betraktning. For det første øker av kontaktarealet mellom delene som skal sveises har en direkte innvirkning på den maksimale effekt som forbrukes under sveiseprosessen. Følgelig er det maksimale område som kan sveises i ett skudd begrenset av den maksimale kraft som leveres av den ultrasoniske sveiseren. For det andre, den metode som er beskrevet i dette dokumentet vurderer ubegrenset strømning av det smeltede energi leder ut av de fire kantene av sveise overlapping. En annen sveising konfigurasjon kan imidlertid begrense polymer flyt. Dettekan forventes å ha en innvirkning på utviklingen av forskyvning av sonotrode under sveiseprosessen og trolig innføre begrensninger til fortrengning styrt sveising. For det tredje, hvis tykkelsen av delene er slik at avstanden fra sonotrode til sveisegrensesnittet er større enn 6 mm, spesielle hensyn til fjernfeltet ultralydsveising skal gjøres rede for. Ikke desto mindre kan fremgangsmåten presentert i dette papiret betraktes som et grunnlag for utvikling av ultralydsveising fremgangsmåter for montering av selve termoplastiske komposittstrukturer. De viktigste novelties og fordelene med denne metoden er forenklet behandling på grunn av bruken av løse flat energi styremedlemmer og bruken av data fra sveiseren raskt definere den optimale varigheten av vibrasjon for ulike kombinasjoner av kraft og amplitude. I forhold til dagens prøving og feiling prosedyrer, definisjonen av prosessparameterne på grunnlag av prosessdata har potensialå gi betydelige besparelser i innsatsen og tiden det tar å utvikle sveiseprosesser for spesifikke applikasjoner.

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.