Ultraljudssvetsning av termoplastiska komposit kuponger för mekaniska karakterisering av svetsfogar genom Single Lap Shear Test

Introduction

Termoplastiska kompositer (TPC) har förmågan som skall svetsas, vilket bidrar till deras kostnadseffektiv tillverkning. Svetsning kräver lokal uppvärmning under tryck för att mjukgöra eller smälta det termoplastiska hartset av sammanfogningsytor och möjliggöra intim kontakt och efterföljande inter-diffusion av termoplastiska polymerkedjor tvärsöver svetsgränssnittet. När molekylär inter-diffusion uppnås, nedkylning under tryck konsoliderar svetsfog. Flera svetsteknik kan tillämpas på termoplastiska kompositer som skiljer sig huvudsakligen i värmekällan ^en, men den viktigaste "adhesion" mekanism, dvs molekylär trasslar in sig, är oförändrad. Ultraljudssvetsning erbjuder mycket korta svetstider (i storleksordningen några få sekunder), enkel automatisering och det är praktiskt taget oberoende av vilken typ av förstärkning i de termoplastiska kompositsubstrat. Dessutom erbjuder den möjligheten för in situ övervakning ^2,3 4. Ultraljudssvetsning av termoplastiska kompositer är mest en punktsvetsningsprocess, men framgångsrik svetsning av längre sömmar genom sekventiell ultraljudssvetsning har rapporterats i litteraturen ^5. I motsats till motstånd eller induktionssvetsning, ultraljudssvetsning har inte industriellt ansökt om konstruktionsfogar mellan termoplastiska kompositdelar hittills. Ändå är betydande insatser för närvarande ägnas åt vidareutveckling av den strukturella ultraljudssvetsning av termoplastiska kompositer för flygplanstillämpningar.

I ultraljudssvetsning, är delarna som skall sammanfogas utsätts för en kombination av statisk kraft och högfrekventa låg-amplitud mekaniska vibrationer tvärs svetsgränssnittet, vilket resulterar i värmealstring genom ytan och viskoelastiska uppvärmning. Förmåns upphettning vid svetsgränsytan främjasgenom användning av harts utsprång på ytorna som skall svetsas vilka undergår högre cyklisk-stam, och därmed högre viskoelastisk uppvärmning, än substraten ^6. Kraft och vibration utövas på de delar som ska svetsas genom en sonotrod som är ansluten till en press och en ultraljuds tåg bestående av piezoelektriskt omvandlare och booster. Beroende på avståndet mellan den punkt där sonotrode i kontakt med den del som skall sammanfogas och svetsgränssnittet, kan en distinktion göras mellan närfält och fjärrfältsultraljudssvetsning. Närområdet svetsning (mindre än 6 mm mellan sonotrode och svetsning gränssnitt) är tillämplig på ett bredare spektrum av material medan tillämpligheten av fjärrfälts svetsning till en viss termoplast är starkt beroende av materialets förmåga att leda ljudvågor ⁶ .

Ultraljudssvetsprocessen kan delas in i tre huvudfaser. För det första, en kraft uppbyggnadsfasen, under vilken sonotrode gradvis ökar kraften på de delar som ska svetsas till en viss trigger kraft har uppnåtts. Ingen vibration används under denna fas. För det andra, en vibration fas, som startar när avtryckaren kraften har uppnåtts. I denna fas sonotrode vibrerar vid den föreskrivna amplituden för en viss tid alstra den värme som behövs för svetsningsprocessen. Mikroprocessorstyrda ultraljuds svetsare ger flera alternativ för att styra varaktigheten av vibrationsfasen, bland dem tid (dvs direkt kontroll), förskjutning eller energi (indirekt kontroll). Den kraft som appliceras under denna fas, dvs., svetskraft, kan hållas konstant och lika med den utlösningskraft eller kan varieras gradvis under applicering av vibration. För det tredje, en stel fas, under vilken de svetsade delarna tillåts svalna under ett visst stel kraft för en viss tid. Ingen vibration appliceras under detta sista steget.

svets foRCE, vibrationsamplitud, vibrationsfrekvens och varaktighet av vibrationsfasen (antingen direkt eller indirekt kontrolleras genom energi eller förskjutning) är svetsparametrar som styr värmeutveckling. Force, amplitud och varaktighet är användardefinierade parametrar, medan frekvensen är fast för varje ultraljudssvets. Stel kraft och stelningstiden, även svetsparametrar, inte ingripa i uppvärmningsprocessen men påverkar konsolidering och, tillsammans med resten av parametrar, den slutliga kvaliteten på svetsfogarna.

Detta dokument presenterar en ny enkel metod för närområdet ultraljudssvetsning av enskilda TPC kuponger i ett enda varv konfiguration för efterföljande mekanisk, enkel skarvskjuvning (LSS), testning enligt ASTM (American Society for Testing och Materials) D 1002 standard. Mekanisk provning av de svetsade kuponger tillåter bestämning av skenbar skarvskjuvning styrka i lederna, vilket är en av de egenskaper som mest commendast används för att kvantifiera styrkan hos termoplastkomposit svetsade fogar ^7. Den svetsmetod som beskrivs i detta dokument bygger på tre huvudpelare. För det första är lös platta energiriktare användes för förmåns värmealstring vid sammanfogningsgränssnitt ^8,9 under svetsningsprocessen. För det andra är processdata som tillhandahålls av ultraljudssvets används för att snabbt fastställa den optimala längden på vibrationsfasen för en viss kraft / amplitud kombination ^2,4. För det tredje, är varaktigheten av vibrationsfasen indirekt kontrolleras genom förflyttningen av sonotrode för att säkerställa en jämn kvalitet på svetsfogarna ^4. Denna svetsmetod ger följande huvudsakliga nyheter och fördelar med avseende på state-of-the-art svetsprocedurer för termoplastiska kompositer: (a) förenklat provberedning möjliggörs genom användning av lösa platta energi direktörer i stället för traditionella gjutna energi direktörer ^3, och (b) snabb och cost-effektiv definition av processparametrar baserade på in-situ processövervakning i motsats till vanliga trial and error metoder. Även den metod som beskrivs i detta dokument är inriktad på att få en mycket specifik och enkel svetsgeometri det kan ligga till grund för att fastställa ett förfarande för svetsning av faktiska delar. En största skillnaden i detta fall är resultatet av ansträngd flödet av energi chef i motsats till fritt flöde vid fyra kanter överlappningen i enstaka varv kuponger.

Protocol

1. Prov Cutting och förberedelse för ultraljudssvetsning

1. Skär rektangulära prover med måtten 25,4 mm x 101,6 mm från en större termoplastisk kompositlaminat med hjälp av en skärteknik som förhindrar delaminering av kanterna av proverna (t.ex. diamant såg eller vattenskärning).
   Notera: Dimensionerna hos proverna är baserade på ASTM D 1002-standarden.
   1. Eftersom styrkan hos de svetsade fogarna är beroende av fiberorienteringen på ytorna som skall svetsas ^10, ta hand att skära alla prover i samma orientering.
2. Efter kapning, torra prov i en ugn enligt tillverkarens rekommendationer i fall termoplast tenderar att absorbera fukt (t.ex. 6 timmar vid 135 ° C under sex lager kolfiberarmerad polyeterimid, CF / PEI, prover).
3. Skära plana energiriktare gjorda av ren termoplastisk film (samma harts som matris i kompositen) i storlek (cirka två6 mm x 26 mm) med en tjocklek av minst 0,25 mm. Om så är nödvändigt, torka energiriktare följande tillverkarens rekommendationer (t.ex., en timme vid 135 ° C under PEI energiriktare).
4. Innan svetsning, inspektera prover en efter en för trasig hörn och kasta om det behövs. Rengör dem med avfettningsmedel och en bomullsduk. Rengöra de platta energiriktare att följa samma förfarande.

2. Ultraljudssvetsning av Single skarvskjuvning kuponger

Notera: En mikroprocessorstyrd ultraljudssvets kunna svetsa vid konstant amplitud används i detta steg. Svetsaren utgångar processdata, såsom skingras makt och förskjutning av sonotrode som funktion av tiden för datainsamling programvara i en dator. En specialbyggd jigg konstruerad och tillverkad för att exakt positionera och klämma enstaka varv skjuvning prover under ultraljudssvetsning används i detta steg (se figur 1).

Figur 1. Ultraljuds svetsare och specialbyggd svets inställning som används i denna studie ett. Sonotrode, 2: glidande plattform, 3: klämma för den övre prov (anslutna till två), och 4: klämma för de nedre provet (Utdrag ur referens 4 med tillstånd från Elsevier.) klicka här för att se en större version av denna siffra.

1. Fyll i en loggbok ark före varje svets experiment.
   1. Ta del av följande parametrar: RT och fuktighet, svetsning installations referens, sonotrode typ, provnummer och material, bredd och tjocklek på topp- och bottenprover, och tjockleken på energidirektören.
2. Slå på ultraljudssvets och dator. Starta datainsamling programvara och öppna en ny session.
3. Om den inte redan är på plats, ändra sonotred till en cylindrisk sonotrode med en diameter på 40 mm så att dess bottenyta helt täcker svetsområdet.
   Notera: En annan form av sonotrod kan användas, men dess bottenyta bör inte vara mindre än den svetsområdet.
4. Position och fixera prover och energiriktare in i svetsjigg (se figur 1).
   1. Bifoga en platt energiriktare till botten provet med tejp så att det täcker en något större område än det område som skall svetsas (12,7 mm x 25,4 mm).
   2. Placera den nedre provet i jiggen och klämma den genom att dra åt den övre skruven.
   3. Tejpa den andra änden av den energiriktare till basen av installationen, så att det hålls på plats under processen.
   4. Placera övre provet i klämman, rikta in den och dra den övre skruven.
   5. Placera klämman för den övre provet i glidande plattform och dra åt de båda skruvarna.
   6. Innan vi går vidare, dra åt alla fyra skruvarna gång mmalm.
5. Bestämma den optimala varaktigheten för vibration fas baserad på förskjutningen av sonotrode att uppnå högsta svetsstyrka, såsom beskrivits i steg 2.5.1 till 2.5.8.
   Notera: En optimal varaktighet för vibrationsfasen bestäms för varje önskad kombination av svetskraft och vibrationsamplitud.
   1. Ställ ultraljudssvets till differentiell förskjutning-styrning.
   2. Input svetskraft och vibrationsamplituden i den ultraljudssvets (till exempel 300 N och 86,2 | j, m).
      Obs! För denna ultraljud svetsare, 86,2 um motsvarar topp-till-topp vibrationsamplituden. I maskininställningar, är det uttrycks som en halv detta värde, 43,1 um.
   3. Input sonotrode förskjutning, eller resa, vid slutet av vibrationsfasen som ett värde som är lika med den initiala tjockleken på energiriktare (exempelvis 0,25 mm).
   4. Input stel kraft och tid in i ultraljudssvets (till exempel 1000N och 4000 msek).
   5. När du är klar, sätta på ljudisolerade hörlurar och starta ultraljudssvetsprocessen.
   6. Efter slutförandet av processen, ta del av följande utgångsparametrar: svets avstånd, maximal effekt, vibrationer tid och energi. Ta kupongen från svets installationen och skriva sitt identifikationsnummer på båda ändarna med en färgmarkör.
   7. Exportera de svetsdata (ström och förskjutning av sonotrode) till ett kalkylblad och plotta kraften och förskjutningen som funktion av tid-kurvor under vibrations fas av processen.
      Beakta: kurva Förskjutningen bör rita den nedåtriktade förskjutningen av sonotrode relativt dess position vid början av den vibrationsfasen.
   8. Identifiera den förskjutning i mitten av strömplatån (steg 4), såsom visas på figur 2 (i detta fall, 0,10 mm).
      Notera: Denna speciella förskjutningsvärdet är den optimala resor som styr varaktigheten för vibration fasen och viljananvändas i varje efterföljande svets för samma svetskraft och amplitud.

Figur 2. Effekt (svart) och förskjutning (grå) kurvor för ultraljudssvetsprocessen indikerar optimal resa värde. Vibrations fasen av ultraljudssvetsning kan delas in i 5 steg. Optimal resa värde ligger inom etapp 4. Studie fall: kolfiberarmerad polyeterimid -PEI substrat, 0,25 mm tjock platta PEI energi regissör, ​​300 N svetskraft, 86,2 um vibrationsamplitud, 0,25 mm resor. (Utdrag ur referens 4 med tillstånd från Elsevier.) Klicka god här för att se en större version av denna siffra.

6. Svets kuponger på det optimala rese värdet för den givna svetskraft och amplitud combination.
   1. Upprepa steg 2,1 till 2.5.6 för varje svets. I steg 2.5.3, använd den optimala rese bestäms i steg 2.5.8 för motsvarande svetskraften och amplitud kombination.
      Obs! Alla LSS tester utförs enligt ASTM D 1002 på en universell testmaskin med en tvärhuvudhastighet av 1,3 mm / min.

3. Single Lap Skjuvhållfasthet (LSS) provning av svets kuponger

1. Mät och notera bredden av överlappningen för varje svetsat kupong.
2. Slå på universell maskin för provning och öppna testproceduren för LSS på datorn.
3. I testgränssnittet anger provnummer och mått för överlappningen. Ställa in kraften till 0 och greppet att greppa separation till utgångsläget (till exempel 60 mm).
4. Placera provet i klorna på testmaskinen som visas i figur 3.

Figur 3. Schematisk vy av kläm i Zwick / Roell 250 kN universaltestmaskin (ej skalenlig). Den förskjutna förskjutningen mellan de övre och undre handtagen tillåter inriktning av lastriktningen med centrumsvetslinjen för att minimera böjning under skarvskjuvning hållfasthetsprovningen. klicka här för att se en större version av denna siffra.

5. Starta testproceduren från datorn genom att klicka på "Start" -knappen.
6. Efter provet raster, ta bort den från greppen och säkra båda delarna tillsammans med bandet.
7. Upprepa steg från 3,3 till 3,6 för alla andra prover.
8. När testerna är klara, exportera data till ett kalkylblad och beräkna den genomsnittliga LSS värde, enligt det förfarande som beskrivs i standarden för varje svetskraft och amplitud kombination.

Representative Results

Kolfiberförstärkt polyeterimid (CF / PEI) prover svetsades genom att följa förfarandet som beskrivs i detta dokument. Proverna erhölls från ett kompositlaminat gjorda av fem-sele satin tyg CF / PEI, med (0/90) _3S stapling sekvens och 1,92 mm nominell tjocklek. Prover skars från detta laminat så att huvudskenbara orienteringen av fibrerna var parallella med deras längsta sida. Flat PEI energi direktörer med 0,25 mm tjocklek användes. Både de sammansatta prover och de energiriktare torkades i en ugn vid 135 ° C under 6 och en timme, respektive, såsom anges av tillverkaren. Använda energi och förskjutningskurvor erhölls för 0,25 mm resa, en optimal resa värde runt 0,10 mm, dvs 40% av den initiala tjockleken av energi regissör, ​​erhölls för CF / PEI prover svetsade i 300 N svetskraft och 86,2 um topp -till-topp amplitud (se figur 2 fig 4 och 5, respektive.

Figur 4. effektkurvor för CF / PEI kuponger svetsas under optimala resa effektkurvor (flyttas vertikalt för tydlighetens skull) visar konsekvent avslutning av svetsprocessen i steg 4. Vertikala linjer indikerar uppkomsten av steg 3. Studie fall. CF / PEI substrat, 0,25 mm tjock platta PEI energi regissör, ​​300 N svetskraft, 86,2 um vibrationsamplitud, 0 0,10 mm resor. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5. Typisk tvärsnitt mikrofotografi (överst) och brottytan (botten) för CF / PEI kupong svetsas under optimala resor. Svetsade fogar likna en tjockare kompositlaminat med inga synliga skillnader mellan svetslinjen (som indikeras med pilen) och substraten . Efter att ha testat skarvskjuvning, brottytor visar signifikant fiber rivning. Fallstudie: CF / PEI-substrat, 0,25 mm tjock platta PEI energi regissör, ​​300 N svetskraft, 86,2 um amplitud, 0,10 mm resor. (Utdrag ur referens 4 med tillstånd från Elsevier.)OAD / 53592 / 53592fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

För att kontrollera giltigheten av den metod som presenteras i detta dokument för att bestämma den optimala resor för en viss kraft / amplitud kombination prover svetsade i olika resor värden under och över den optimala resa, och därefter testas. Resten av svetsparametrar som används för svetsning av dessa prover var, som i det tidigare fallet, 300 N svetskraft, 86,2 um amplitud, 1000 N stel kraft och 4 sek stelningstiden. Figur 6 visar den skenbara skarvskjuvning styrka som funktion av resor (representerad som en procentandel av den initiala tjockleken av den energi regissör).

Figur 6. Skenbar knä skjuvhållfastheten hos CF / PEI coupons svetsas under olika rörelsevärden. Travel representeras här i förhållande till tjockleken av den energi som regissör. Fallstudie: CF / PEI-substrat, 0,25 mm tjock platta PEI energi regissör, ​​300 N svetskraft, 86,2 um amplitud, variabel resor. (Utdrag ur referens 4 med tillstånd från Elsevier.) Klicka god här för att se en större version av denna siffra.

Slutligen tillsattes förskjutning styrd svetsning jämfört med andra möjligheter som erbjuds genom ultraljudssvets såsom tids- eller energistyrd svetsning. Med detta ändamål användes skarvskjuvning hållfasthetsvärden som avbildas i Figur 4 plottas som en funktion av vibrationstiden (fig 7) och av svetsenergi (Figur 8). Vibrations tid och energivärden för samtliga prover svetsade i denna studie var bestämrat med ultraljudssvets som en utsignal av svetsprocessen.

. Figur 7. Skenbar knä skjuvhållfastheten hos CF / PEI kuponger mot vibrationer tid erhålls genom att använda vibrations gånger prover som används för att rita figur 6 fallstudie. CF / PEI-substrat, 0,25 mm tjock platta PEI energi regissör, ​​300 N svetskraft , 86,2 um amplitud, variabel resor. (Från referens 4 med tillstånd från Elsevier.) Klicka god här för att se en större version av denna siffra.

Figur 8. Skenbar knä skjuvhållfastheten hos CF / PEI kuponger kontra svets energi. Erhållits genom användning av svetsenergi valUE prover som används för att rita figur 6 fallstudie. CF / PEI-substrat, 0,25 mm tjock platta PEI energi regissör, ​​300 N svetskraft, 86,2 um vibrationsamplitud, rörlig resor. (Från referens 4 med tillstånd från Elsevier.) Klicka god här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Resultaten som presenteras i föregående avsnitt indikerar lämpligheten av den enkla metod som föreslås i detta dokument för ultraljudssvetsning av termoplastiska komposit enstaka varv kuponger i syfte att mekanisk provning. Följande punkter diskutera hur resultaten validera tre huvudpelarna i metoden, det vill säga användning av platta lösa energi direktörer, användning av processåterkoppling för att definiera optimal varaktighet vibration och användning av förskjutningskontroll, samt användbarhet och begränsningar tekniken.

När det gäller den första pelaren är platta energi direktörer visat att möjliggöra framgångsrik svetsning av TPC kuponger. I ultraljudsvetsning av oarmerade plaster, är energiriktare i form av harts utsprång med en mindre tvärsektionsarea än den för sammanfogning överlappning erfordras för att generera högre cykliska påfrestningar och följaktligen, förmånliga viskoelastiska värmealstring vid svets interansikte ^sex. Men i ultraljudssvetsning av TPCS, plana energiriktare som har samma tvärsnittsarea som svets överlappning gör framgångsrikt resultera i förmåns viskoelastisk upphettning vid svetsgränsytan på grund av den lägre tryckstyvheten hos den plana energiriktare och därmed högre cykliska påfrestningar under svetsprocessen. Den värme som alstras vid gränsytan smälter energiriktare och överförs till substraten. Under påverkan av svetskraft, är det smälta energiriktare pressas ut ur svetslappn upp till det angivna rese nås. Optimala rese värde resulterar i helsvetsade överlappningar och tvärsektioner som liknar en tjockare laminat eftersom tjockleken av svetslinjen är liknande den för hartsrika områden i substraten (se figur 5). Det bör noteras att vid användning av plana energiriktare, behövs inte optimering av energiriktare för att uppnå helsvetsad lappar ^8, sommotsats till mer traditionella energiriktare lösningar, i vilka storleken, formen och avståndet mellan energiriktare behöver optimeras för att uppnå full täckning av den avsedda svetsområdet ^10,11. Likaså, jämfört med lösningar såsom triangulära energi direktörer som traditionellt används för ultraljudsvetsning av TPCS ^3, platta energi direktörer har visat sig resultera i liknande svetshållfasthetsvärden utan att ha en betydande negativ inverkan på andra viktiga produktionen av processen såsom maximal effekt, energi eller svetsning tid ^8.

Med avseende på den andra pelaren, för en viss kombination av svetskraft och amplitud, är det möjligt att definiera optimala rörelsevärden, dvs rörelsevärden som leder till maximal styrka, baserad på ström- och förskjutningskurvor som tillhandahålls av ultraljudssvets. I huvudsak de olika händelserna i kraft- och undanträngningskurvor under vibrationsfasen av svetsprocessen can vara relaterat till de fysiska förändringar som sker inom energi regissör och TPC substrat under uppvärmning ^2. Följaktligen och såsom visas i figur 2, vibrationsfasen av svetsprocessen kan delas in i följande 5 steg ^2:

Stadium 1, kännetecknat av kontinuerlig ökning av den förbrukade strömmen tills en maximal nås och liten tillbakadragning av sonotrode att rymma vibrationen. I steg sker en uppvärmning av energiledningsperson utan några observerbara fysiska förändringar i svetsgränssnittet. Stage 2, kännetecknad av effektminskning och ingen signifikant förändring av sonotrode. I steg två börjar plana energidirektören att lokalt smälta som ett hot-spot kärnbildning och tillväxt. Stadium 3, kännetecknat av effektökningen och nedåtgående förskjutning av sonotrode. I steg 3 den kompletta energiriktare är smält och börjar att flyta under inverkan av svetskraften. Stadium 4, kännetecknad av enmakt platå och nedåt förskjutning av sonotrode. I steg 4 börjar matrisen i de översta skikten av kompositsubstrat för att lokalt smälta tillsammans med kläm flödet av energiriktare. Steget 5, som kännetecknas av minskande kraft och förskjutning nedåt av sonotrode. I steg 5 smältning av matrisen i substraten är dominerande.

Den högsta svetsstyrka uppstår under etapp 4 sedan smältning av matrisen i de översta skikten av kompositsubstrat möjliggör diffusion av polymerkedjor över hela svetsgränssnittet och därmed molekyl hoptrassling mellan de två substraten. Denna molekylära hoptrassling utvecklar en stark koppling som resulterar i fibersönderrivning under enda varv testning, såsom framgår av fig 5. Bortom denna optimala stadium, överdriven smältning av matrisen i de kompositsubstrat resulterar i signifikant distorsion fiber vid svetsgränsytan, som tros att medföra en nedgång i svets strength ^4. Resultaten som presenteras i Figur 6, vilka motsvarar en specifik kombination av svetskraft och amplitud av vibrationer, stödja denna diskussion. Det bör noteras att olika kraft / amplitud kombination skulle resultera i olika utgång från svetsprocessen i termer av maximal effekt och energi som förbrukas samt varaktigheten av vibrations fas ^två. Icke desto mindre är metoden för att bestämma det optimala rese värde oberoende av den valda kraften / amplitud kombination ^4.

När det gäller den tredje pelaren, förskjutning styrd svetsning resulterade i relativt låg spridning i den skenbara knä skjuvhållfasthet av fogar svetsade i optimala förhållanden. Detta tros bero på det faktum att alla prover konsekvent svetsades i samma scen (dvs steg 4) inom vibrations fas av processen) som visas i Figur 4. Figur 7 visar att omtid hade använts som den kontrollerande parametern för svetsprocessen, kan en högre spridning i hållfasthetsvärdena ha förväntats på grund av den betydande överlappningen i vibrations gånger för olika rörelsevärden. Enligt figur 8 och till resultat som presenteras i litteraturen ^12, är energi ett bättre alternativ än tiden som den kontrollerande parametern. Dock är svetsenergi starkt beroende av tjockleken på substrat och typ av svetsjigg och därmed optimala energivärdet förändras avsevärt när någon av dessa två variabler förändras ^fyra. I motsatts är förskjutning av sonotrode direkt relaterad till squeeze flödet av energiriktare och matris vid svetsgränsytan och kan sålunda förväntas vara mindre känsliga för förändringar i vilken som helst av de ovan nämnda variablerna ^4.

Den nya metod som beskrivs i detta dokument tillåter enkel närområdet ultraljudssvetsning av termoplast composite kuponger för enstaka testning skarvskjuvning. De resultat som presenteras avser svetsning av CF / PEI kompositer men samma metod har med framgång tillämpas på andra förstärkta termoplastiska kompositer såsom CF / polyphenyplene sulfid (PPS) ^8. Såsom beskrivs i uppsatsen, är metoden direkt tillämplig på svetsning av en mycket specifik geometri, emellertid, när det gäller en annan svetsgeometri anses, det finns tre kritiska punkter som måste beaktas. För det första ökar av kontaktytan mellan de delar som skall svetsas har en direkt inverkan på den maximala effektförlusten under svetsprocessen. Följaktligen är det maximala området som kan svetsas i ett skott begränsad av den maximala effekt som avges av ultraljudssvets. För det andra, den metod som beskrivs i detta dokument diskuteras obegränsat flöde av den smälta energiriktare av de fyra kanterna av svetsöverlappar varandra. Ett annat svetskonfiguration kan dock begränsa polymerflödet. Dettakan förväntas ha en inverkan på utvecklingen av förskjutningen av sonotrode under svetsprocessen och troligen införa begränsningar för förflyttning styrd svetsning. För det tredje, om tjockleken av delarna är sådan att avståndet från sonotrode till svetsgränssnittet är högre än 6 mm, särskilda överväganden om fjärrfältsultraljudssvetsning skall redovisas. Ändå kan den metod som presenteras i detta dokument betraktas som en grund för utvecklingen av ultraljud svetsprocedurer för montering av faktiska termoplastiska kompositstrukturer. De viktigaste nyheterna och fördelarna med denna metod är förenklade behandling på grund av användningen av lösa platt energi direktörer och användningen av de uppgifter som svetsaren att snabbt fastställa den optimala längden på vibrations för olika kombinationer av kraft och amplitud. Jämfört med nuvarande förfaranden trial-and-error, har definitionen av processparametrar baserat på processdata potentialenatt erbjuda betydande besparingar i arbete och tid som behövs för att utveckla svetsmetoder för specifika 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.