Ультразвуковая сварка термопластических композитных купонов для механической Характеристика сварных соединений через одного круга сдвига тестирования

Introduction

Термопластичные композиты (TPC) имеют возможность быть сварной, что способствует их рентабельного производства. Сварка требует локального нагрева под давлением, чтобы смягчить или расплавить термопластичной смолы из соединительных поверхностей и чтобы обеспечить тесный контакт и последующей взаимной диффузии термопластичных полимерных цепей через границу раздела сварки. После молекулярная взаимной диффузии достигается, охлаждение под давлением консолидирует сварного соединения. Несколько методов сварки применимы к термопластичных композитов, которые отличаются главным образом в источнике тепла ^1, однако, основным механизмом "прилипание", то есть, молекулярной запутывания, остается неизменной. Ультразвуковая сварка предлагает очень короткие времена сварка (в пределах нескольких секунд), легкий автоматизацию и практически не зависит от типа арматуры в термопластичных композиционных субстратов. Кроме того, он дает возможность для мониторинга на месте ^2,3 4. Ультразвуковая сварка термопластических композитов является главным образом процесс сварки пятна, однако успешный сварка длинных швов путем последовательного ультразвуковой сварки было сообщено в литературе ^5. В отличие от сопротивления или индукционная сварка, ультразвуковая сварка не была промышленно применяется для структурных швов между термопластичными композитных деталей до сих пор. Тем не менее, значительные усилия в настоящее время уделяется дальнейшему развитию структурной ультразвуковой сварки термопластичных композитов для авиакосмической промышленности.

В ультразвуковой сварки, части должны быть соединены подвергают сочетанию силы статического и высокочастотного низкоамплитудным механических колебаний поперек сварного интерфейса, что приводит к выделению тепла через поверхности и вязкоупругой нагрева. Льготные отопления на границе сварки способствуетпосредством использования выступов смолы на поверхностях свариваемых которые претерпевают более высокую циклическую нагрузку, и, следовательно, выше вязкоупругого отопление, чем подложек ^6. Сила и вибрации воздействуют на те части, которые будут сварены через сонотрода подключенного к прессу и к ультразвуковому поезде, состоящей из пьезоэлектрическим преобразователем и усилителем. В зависимости от расстояния между точкой, где сонотрода в контакт с частью, которая будет присоединились и интерфейсом сварки, можно провести различие между ближней и дальней зоне ультразвуковой сварки. Ближнепольная сварки (менее 6 мм между сонотрода и сварочного интерфейса) применима к более широкому спектру материалов в то время применимости дальнего поля сварки к конкретному термопластичного материала сильно зависит от способности материала проводить звуковые волны ⁶ ,

Ультразвуковой сварочный процесс можно разделить на три основных этапа. Во-первых, фаза сила наращивание, в течение которого sonotroде постепенно увеличивается сила на свариваемых до определенного триггера сила не будет достигнута. Нет вибрации не наносят во время этой фазы. Во-вторых, фаза вибрации, которая начинается сразу триггер сила будет достигнута. В этой фазе волновод вибрирует при определенном амплитуды в течение определенного количества времени, генерирующего тепло, необходимое для процесса сварки. Микропроцессорным управлением ультразвуковые сварочные обеспечивают несколько вариантов контролировать длительность фазы вибрации, среди них несколько раз (т.е., прямое управление), смещение или энергию (косвенный контроль). Усилие, прилагаемое во время этой фазы, т.е. сварочного усилия, может поддерживаться постоянным и равным спусковой силу или может быть постепенно изменяться во время нанесения вибрации. В-третьих, фаза затвердевания, в течение которого сварные детали дают остыть до определенного затвердевания силу в течение определенного количества времени. Нет вибрации не наносят в течение этого последнего этапа.

Сварочные FORCE, амплитуда колебаний, частота вибрации и продолжительность фазы колебаний (либо непосредственно, либо косвенно контролируется посредством энергии или смещения) являются параметры сварки, которые контролируют выделение тепла. Силы, амплитуда и длительность определяемые пользователем параметры, в то время как частота фиксируется для каждого ультразвукового сварочного аппарата. Затвердевание сила и время затвердевания, также сварочных параметров, не вмешиваться в процесс нагрева, но повлиять на консолидацию и, вместе с остальной частью параметров, конечное качество сварных соединений.

Эта статья представляет собой новый простой способ ближнего поля ультразвуковой сварки отдельных купонов TPC в одной конфигурации коленях последующей механической, одного сдвига коленях (LSS), тестирование следующей ASTM (Американское общество по испытанию материалов) D 1002 стандарта. Механические испытания сварных купонов позволяет определить кажущуюся прочность на перекрывающий срез суставов, который является одним из свойств наиболее коммиспользуется только для количественной оценки прочности термопластичный композитных сварных соединений ^7. Способ сварки описано в этой статье, основано на трех основных принципах. Во-первых, свободные директоры плоским энергии используются для льготного выделения тепла в соединяющей интерфейс ^8,9 в течение процесса сварки. Во-вторых, данные процесса, предоставляемые ультразвукового сварочного аппарата используется для быстрого определения оптимальной продолжительности фазы колебаний для конкретного силы / амплитудной комбинации ^2,4. В-третьих, продолжительность фазы колебаний косвенно контролируется через смещение сонотрода в целях обеспечения стабильного качества сварных соединений ^4. Этот метод сварки предлагает следующие основные новшества и преимущества по отношению к технологии сварки государством в самых современных для термопластичных композитов: (а) упрощается подготовка проб обеспечивается использованием сыпучих плоских энергетических директоров вместо традиционных формованных энергетических директоров ^3, и (б) быстро и сОСТ-эффективным определение параметров обработки на основе мониторинга процессов на месте, в отличие от обычных проб и ошибок подходов. Хотя метод, описанный в этой статье, направлены на получение очень специфический и простую геометрию сварочного он может служить в качестве основы для определения процедуры для сварки фактических деталей. Главное отличие в том случае, результатом ограниченного потока режиссера энергии, в отличие от неограниченного потока в четырех краев перекрытия в одного круга купонов.

Protocol

1. Образец для резки и подготовки для ультразвуковой сварки

1. Вырезать прямоугольные образцы измерительных 25,4 мм х 101,6 мм от большего термопластичного композитного ламината, используя технику режущую, предотвращающую расслаивание кромок образцов (например, алмазных пил или гидроабразивной резки).
   Примечание: Размеры образцов основаны на ASTM D 1002 стандартной.
   1. Поскольку прочность сварных швов зависит от ориентации волокон на поверхностях свариваемых ^10, позаботиться, чтобы сократить все образцы в той же ориентации.
2. После резки, сухие образцы в печи в соответствии с рекомендациями производителя в случае термопластичная смола имеет тенденцию поглощать влагу (например, 6 ч при 135 ° С в течение шести слоев углепластика Полиэфиримид, CF / PEI, образцы).
3. Вырезать плоские энергии директорам, сделанные из аккуратной термопластичной пленки (той же смолы в качестве матрицы в композите), чтобы размер (приблизительно 26 мм х 26 мм) с толщиной, по меньшей мере 0,25 мм. При необходимости, высушить директор энергетической соответствии с рекомендациями производителя (например, 1 час при 135 ° С в течение директора энергетической PEI).
4. Перед сваркой, осмотрите образцов по одному для Отслаивающийся углах и при необходимости отменить. Очистите их с помощью обезжиривания и хлопчатобумажную ткань. Очистите плоские директоров энергетических следуя той же процедуре.

2. Ультразвуковая сварка Одно перекрывающий срез купонов

Примечание: с микропроцессорным управлением ультразвуковой сварочный аппарат в состоянии сварить при постоянной амплитуде используется на этой стадии. Данные сварщик выходы процесса, такие как, рассеиваемой мощности и смещения сонотрода в зависимости от времени в программном обеспечении сбора данных в компьютере. Пользовательский встроенный кондуктор разработаны и изготовлены точно позиционировать и закрепить образцы одного круга сдвига в процессе ультразвуковой сварки используется на этой стадии (рисунок 1).

Рисунок 1. Ультразвуковая сварщика и на заказ установки сварки используется в данном исследовании 1:. Волновод, 2: раздвижная платформа, 3: зажим для верхних образца (прилагается к 2), и 4: зажим для нижних образца (Перепечатано из ссылки 4 с разрешением от Elsevier.) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

1. Заполните рабочий журнал лист перед каждой сварочной эксперимента.
   1. Обратите внимание на следующие параметры: RT и влажность, сварочный ссылку установки, тип сонотродом, номер образца и материалы, ширину и толщину верхней и нижней образцов и толщину директора энергии.
2. Включите ультразвукового сварочного аппарата и компьютера. Запустите программу сбора данных и открыть новый сеанс.
3. Если не уже на месте, изменить sonotехал к цилиндрической сонотрода с диаметром 40 мм так, чтобы его нижняя поверхность полностью покрывает площадь сварки.
   Примечание: Другой Форма сонотрода может быть использован, но его нижняя поверхность не должна быть меньше, чем зоны сварки.
4. Положение и зафиксировать образцы и директор энергию в сварочном приспособлении (рисунок 1).
   1. Присоединить плоскую директор энергию в глубь образца с помощью клейкой ленты так, чтобы она покрывала немного большую площадь, чем площадь свариваемых (12,7 мм х 25,4 мм).
   2. Поместите нижнюю образца в приспособлении и зажать его, затянув верхний винт.
   3. Лента другой конец директора энергии к основанию установки, так что он остается на месте во время процесса.
   4. Поместите верхнюю образец в зажим, выровнять его и затяните верхний болт.
   5. Установите зажим для верхнего образца в сдвижной платформой и затянуть оба винта.
   6. Прежде чем продолжить, затяните все четыре винта один раз мруда.
5. Определить оптимальную продолжительность фазы вибрации на основе смещения сонотрода достижения максимально прочность сварного шва, как описано в шагах 2.5.1 к 2.5.8.
   Примечание: оптимальная продолжительность фазы колебаний определяется для каждого требуемого сочетания сварки силы и амплитуды колебаний.
   1. Установите ультразвуковой сварочный аппарат дифференциального режима перемещения-управления.
   2. Входной сварочного усилия и амплитуду вибрации в ультразвуковом сварщика (например, 300 Н и 86,2 мкм).
      Примечание: Для этого ультразвуковой сварки, 86,2 мкм соответствует амплитуде колебаний в пик-пик. В настройках машины, это выражается как половина этого значения, 43,1 мкм.
   3. Входной сонотрод смещение, или в пути, в конце фазы колебаний в качестве величины, равной первоначальной толщины режиссера энергии (например, 0,25 мм).
   4. Входной затвердевания много сил и времени в ультразвуковой сварки (например, 1000N и 4000 мс).
   5. Когда все будет готово, положить на звуконепроницаемыми наушниками и начать процесс ультразвуковой сварки.
   6. После завершения процесса, принять к сведению следующие выходные параметры: сварочный расстояние, максимальную мощность, время вибрации и энергию. Удалить купон от установки сварки и написать свой идентификационный номер на обоих концах с помощью маркера.
   7. Экспорт данных сварки (силовые и смещение сонотрода) в электронную таблицу и построить силу и смещение в зависимости от времени во время фазы колебаний процесса.
      Примечание: Кривая смещения должны построить нисходящую смещение сонотрода относительно его положения в начале фазы колебаний.
   8. Определить смещение в середине плато мощности (этап 4), как показано на рисунке 2 (в данном случае, 0.10 мм).
      Примечание: Этот конкретный значение смещения является оптимальным путешествия, который управляет продолжительность фазы колебаний и волибыть использованы в каждом последующем шва для той же сварочной силы и амплитуды.

Рисунок 2. Сила (черный) и перемещения (серый) кривые для ультразвуковой сварки, указывающий оптимальное значение путешествия. Фаза вибрация ультразвуковой сварки можно разделить на 5 этапов. Оптимальное значение путешествия находится в стадии 4. Конкретный пример: углеродного волокна армированного Полиэфиримид -PEI субстраты, 0,25 мм толщиной плоскую директор энергетической PEI, 300 Н сварочное усилие, амплитудные 86,2 мкм вибрации, 0,25 мм в поездке. (Перепечатано из ссылки 4 с разрешением от Elsevier.) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

6. Сварные купоны на оптимальном значении путешествий для данного сварочного силы и амплитуды combinatioп.
   1. Повторите шаги 2.1 до 2.5.6 для каждого сварного шва. На этапе 2.5.3, то используйте оптимальный ход определено на этапе 2.5.8 для соответствующего сварочного силы и амплитуды комбинации.
      Примечание: Все тесты LSS осуществляются следующие ASTM D 1002 на универсальной испытательной машине с скоростью ползуна 1,3 мм / мин.

3. Одно Круг Прочность на сдвиг (LSS) контроль сварных купонов

1. Измерьте и принять к сведению этой ширине для каждого сварного купона.
2. Включите универсальной испытательной машине и открыть процедуру тестирования для LSS на компьютере.
3. В интерфейсе тестирования, ввести номер образца и размеры перекрытия. Установите силу 0, а сцепление для захвата разделение в исходное положение (например, 60 мм).
4. Поместите образец в тисках испытательной машины, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Схематическое изображение зажимного в Roell 250 кН универсальной испытательной машине Zwick / (не в масштабе). Смещение смещение между верхними и нижними захватами позволяет отцентрировать направление нагрузки с линией центра шва, чтобы минимизировать изгиб во время сдвига коленях испытание на прочность. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

5. Начните процедуру тестирования с компьютера, нажав кнопку "Пуск".
6. После того как образец перерывов, удалить его из захватов и закрепить обе части вместе с лентой.
7. Повторите шаги 3,3 до 3,6 для всех других образцов.
8. Когда завершения тестов, экспортировать данные в электронную таблицу и вычислить среднюю величину LSS, в соответствии с процедурой, описанной в стандарте, для каждой сварочной силы и амплитуды комбинации.

Representative Results

Карбоновые образцы армированных полиэфиримид (CF / PEI) были сварены в соответствии с методикой, описанной в этой статье. Образцы были получены из композиционного слоистого материала из пяти жгута ткань атлас CF / PEI, с (0/90) _3S последовательность укладки и 1,92 мм номинальной толщиной. Образцы были вырезаны из этого ламината так, что основной очевидными ориентация волокон было параллельно их длинной стороне. были использованы плоские энергии директоры PEI толщиной 0,25 мм. Оба композитных образцов и энергетические директоры сушили в печи при 135 ° С в течение 6 и 1 ч соответственно, как обозначено изготовителем. Использование режимов и перемещения кривые, полученные в течение 0,25 мм путешествия, оптимальное значение путешествия вокруг 0,10 мм, т.е. 40% от первоначальной толщины директора энергетической, было получено для образцов CF / PEI сварных под 300 Н сварки силу и пика 86,2 мкм -в-пика амплитуды колебаний (рисунок 2 фигурах 4 и 5, соответственно.

Рисунок 4. Кривые питания для CF / PEI купонов сварные при оптимальном поездок Кривые мощности (сдвигается вертикально для ясности) показать последовательное окончание процесса сварки на стадии 4. Вертикальные линии указывают начало Этап 3. Конкретный пример:. CF / PEI субстраты, плоским директор 0,25 мм толщиной PEI энергии, 300 Н сварочное усилие, амплитуда колебаний 86,2 мкм, 0 0,10 мм Ход. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 5. Типичный поперечный разрез микрофотография (вверху) и поверхность излома (низ) для CF / PEI купона сварного при оптимальном поездок. Сварных соединений напоминают толстую композитного ламината без видимых различий между линией шва (обозначенном стрелкой) и подложек , После тестирования на перекрывающий срез, разрушения поверхности свидетельствуют о значительном разрыв волокна. Конкретный пример: CF / субстраты PEI, 0,25 мм толщиной плоским директор энергия PEI, 300 Н сварочное усилие, амплитуда 86,2 мкм вибрации, 0.10 мм Ход. (Перепечатано из ссылки 4 с разрешением от Elsevier.)OAD / 53592 / 53592fig5large.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Для того чтобы проверить правильность подхода, представленного в данной работе для определения оптимального поездок для определенной силой / комбинации амплитуды, образцы были сварены при различных значениях путешествий, ниже и выше оптимальной поездки, а затем проходят. Остальные параметры сварки, используемых для сварки этих образцов были, как и в предыдущем случае, 300 Н сварочное усилие, 86,2 мкм амплитуда, 1000 N затвердевания сила и 4 раз сек затвердевания. На рисунке 6 показан кажущуюся прочность на перекрывающий срез в виде функция перемещения (представлены в виде процента от первоначальной толщины режиссера энергии).

Рисунок 6. Кажущаяся круг прочность на сдвиг CF / PEI coupoнс приварены под разными значениями путешествий. проезде представлена ​​здесь по отношению к толщине директора энергии. Конкретный пример: CF / субстраты PEI, 0,25 мм толщиной плоским директор энергия PEI, 300 Н сварочное усилие, амплитуда колебаний 86,2 мкм, переменная путешествия. (Перепечатано из ссылки 4 с разрешением от Elsevier.) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Наконец, сварка смещение контролируемого сравнивали с другими возможностями, предоставляемыми ультразвукового сварочного аппарата, такие как по времени или энергии контролируемой сварки. С этой целью, значения прочности на перекрывающий срез, изображенные на рисунке 4 были нанесены в виде функции времени вибрации (рис 7) и сварочного энергии (рис 8). времени и энергии значения вибрации для всех образцов сварных в данном исследовании были ProviDED ультразвуковым сварщика в качестве продукта процесса сварки.

. Рисунок 7. Прочность Кажущаяся перекрывающий срез CF / PEI купонов в зависимости от времени вибрации получен с помощью раз вибрации образцов используется для построения рисунок 6 Кейс:. CF / PEI субстраты, 0,25 мм толщиной плоским директор энергия PEI, 300 Н сварочное усилие , амплитуда колебаний 86,2 мкм, переменная путешествия. (Взято из ссылки 4 с разрешением от Elsevier.) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок прочности 8. Видимое перекрывающий срез CF / PEI купонов против сварки энергию. Получен с помощью сварки энергии ValЕЭС образцов используется для построения Рисунок 6 Пример:. CF / PEI субстраты, 0,25 мм толщиной плоскую директор энергетической PEI, 300 Н сварочное усилие, амплитуду вибрации 86,2 мкм, переменный ход. (Взято из ссылки 4 с разрешением от Elsevier.) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Discussion

Результаты, представленные в предыдущем разделе указывают целесообразность прямым методом, предложенным в данной работе для ультразвуковой сварки термопластичных композиционных одного круга купонов с целью механических испытаний. В нижеследующих пунктах рассматриваются как результаты проверки достоверности три основных положения метода, т.е. использование плоских сыпучих энергетических директоров, использование обратной связи процесса, чтобы определить оптимальную продолжительность вибрации и использования контроля перемещения, а также применимость и ограничения техника.

Что касается первого уровня, плоские директоры энергии приведены, чтобы позволить успешное сварку УМП купонов. В ультразвуковой сварки неармированных пластиков, директоры энергии в виде выступов смолы с меньшей площадью поперечного сечения, чем у присоединяющейся перекрытия требуются для получения более высокого циклические деформации и, следовательно, преимущественное поколение вязкоупругого тепла в сварочной интерЛицо ^6. Тем не менее, в ультразвуковой сварки УМП, плоские директоры энергии с той же площади поперечного сечения, как сварочного перекрытия ли успешно привести к преимущественной нагрева вязкоупругого на границе сварочного вследствие меньшей жесткости при сжатии плоского директора энергии и, следовательно, выше циклических штаммов во сварочный процесс. Тепло, вырабатываемое на поверхности раздела тает директор энергии и передается на подложках. Под действием силы сварочного расплавленный директор энергия выдавливается сварочного перекрытия до предписанного путешествия не будет достигнута. Оптимальные значения тура привести полностью сварного шва и сечений, которые напоминают более толстую ламината так как толщина линии сварки аналогично из обогащенных смолой поверхностей в субстратах (рисунок 5). Следует отметить, что при использовании плоских директоров энергетических, оптимизация директора энергетической не требуется для достижения полностью сварной перекрывает ^8, аотличие от более традиционных директор энергетических решений, в которых должны быть оптимизированы для обеспечения полного охвата целевого зоне сварки ^10,11 размер, форма и расстояние между директоров энергии. Аналогично, по сравнению с решениями, такими как треугольные энергетических директоров традиционно используемых для ультразвуковой сварки УМП ^3, плоские директоры энергии, как было показано, приведет к аналогичных значений прочности сварного шва, пока не оказывает значительное отрицательное воздействие на другой важной выходе процесса, такие как максимум мощность, энергия или время сварки ^8.

Что касается второго компонента, для определенной комбинации сварочного силы и амплитуды, можно определить оптимальные значения поездки, т.е. значения тура, которые приводят к максимальной прочности, на основе кривых мощности и перемещения предусмотренных ультразвукового сварочного аппарата. По существу, различные события в силовых и перемещения кривых на этапе вибрации в процессе сварки чап быть связаны с физическими изменениями, происходящими в директора энергетической и УМП субстратов при нагревании ^2. Соответственно, и как показано на рисунке 2, фаза колебаний в процессе сварки могут быть разделены на следующие 5 этапов ^2:

Стадия 1, характеризуется непрерывным увеличением рассеиваемой мощности до максимум не будет достигнут и небольшое втягивание сонотрода для размещения вибрацию. В стадии 1 обогрев директора энергетической без наблюдаемых физических изменений на границе сварки происходит. Стадия 2, характеризуется снижением мощности и без значительного смещения сонотрода. На этапе 2 квартиру директора энергия начинает локально расплавить, как хот-спот зарождения и процесса роста. Этап 3, характеризуется увеличением мощности и смещения вниз сонотрода. На этапе 3 полный директор энергия находится в расплавленном состоянии, и начинает течь под действием силы сварочного. Стадия 4, характеризуетсяМощность плато и перемещение вниз сонотрода. В стадии 4 матрица в самых верхних слоев композитных субстратов начинает локально расплавить вместе с потоком сжатия режиссера энергии. Этап 5, характеризуется снижением мощности и нисходящее смещение сонотрода. В стадии 5 плавления матрицы в субстратах является преобладающим.

Самая высокая прочность сварного шва происходит в течение стадии 4, поскольку плавление матрицы в самых верхних слоях композитных субстратов позволяет диффузию полимерных цепей через границу раздела сварки и, следовательно молекулярной переплетением между двумя подложками. Это молекулярное переплетение развивает сильную связь, которая приводит к волоконно разрывания во единого тестирования внахлестку, как показано на рисунке 5. По истечении этого оптимального стадии, чрезмерное плавление матрицы в композитных субстратов приводит к значительному искажению волокна на границе раздела сварки, который, как полагают чтобы вызвать падение Штренг шваго ^4. Результаты, представленные на рисунке 6, которые соответствуют определенной комбинации сварочного силы и амплитуды вибрации, поддерживают эту дискуссию. Следует отметить, что разные силы / комбинация амплитуды приведет другим выходом из процесса сварки в терминах максимальной мощности и энергии, потребляемых, а также продолжительности фазы вибрации ^2. Тем не менее, способ определения оптимального значения в пути не зависит от выбранной силы / амплитудной комбинации ^4.

Что касается третьего компонента, сварка объем контролируемых в результате относительно низкой разброса в видимой коленях прочности на сдвиг стыков сварных в оптимальных условиях. Это, как полагают, является результатом того факта, что все образцы были последовательно сварного в той же стадии (т.е. стадии 4) в пределах фазы колебаний процесса), как показано на рисунке 4. Рисунок 7 показывает, что, еслиВремя было использовано в качестве контрольного параметра для процесса сварки, более высокий разброс значений прочностных можно было ожидать в связи со значительным перекрытием во времена вибрации при различных значениях путешествий. В соответствии с рисунком 8 и результатами, представленными в литературе ^12, энергия является лучшим вариантом, чем время, как управляющего параметра. Тем не менее, сварка энергия сильно зависит от толщины подложек и природы сварочного зажимного приспособления и поэтому оптимальное значение энергии значительно изменяется, когда любой из этих двух переменных изменить ^4. Наоборот, объем сонотрода непосредственно связана с потоком сжатия директора энергии и матрицы на границе раздела сварки и, таким образом можно ожидать, чтобы быть менее чувствительны к изменениям в любой из вышеупомянутых переменных ^4.

Новый способ описан в этой статье позволяет простой ближнего поля ультразвуковой сварки термопластичных компosite купоны для испытаний с одной поясной сдвига. Представленные результаты относятся к сварке CF / PEI композитов, но тот же метод был успешно применен к другим армированных термопластичных композиционных материалов, таких как сульфид CF / polyphenyplene (PPS) ^8. Как описано в статье, метод непосредственно применим к сварке очень специфической геометрии, однако, в случае другая геометрия сварки считается, существует три критические точки, которые должны быть приняты во внимание. Во-первых, увеличение площади контакта между частями, чтобы быть приваренной имеет прямое влияние на максимальной мощности, рассеиваемой в процессе сварки. Следовательно, максимальная площадь, которая может быть приварена в одном кадре ограничено максимальной мощности, подаваемой от ультразвукового сварочного аппарата. Во-вторых, способ, описанный в данной работе, считает неограниченный поток расплавленного директора энергию из четырех краев сварочной перекрытия. Различную конфигурацию сварки может, однако ограничить поток полимера. ЭтаМожно ожидать, чтобы иметь влияние на эволюцию смещения сонотрода в процессе сварки и, вероятно, вводить ограничения сваркой смещения управлением. В-третьих, если толщина частей такова, что расстояние от сонотрода к интерфейсу сварки выше 6 мм, конкретными соображениями дальнего поля ультразвуковой сварки должна быть учтена. Тем не менее, метод, представленный в этой статье можно рассматривать как основу для разработки ультразвуковых сварочных процедур для сборки фактических термопластичных композиционных структур. Основными новинки и преимущества данного метода упрощаются обработку за счет использования сыпучих директоров плоским энергии и использования данных, предоставленных сварщика быстро определить оптимальную продолжительность вибрации для различных комбинаций силы и амплитуды. По сравнению с существующими процедурами проб и ошибок, определение параметров процесса на основе данных процесса имеет потенциалпредложить значительную экономию усилий и времени, необходимого для разработки сварочных процессов для конкретных приложений.

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.