Name: Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Lernen Sie das Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen für mechanische Prüfungen. Diese Methode ermöglicht die schnelle Definition optimaler Schweißparameter und liefert reproduzierbare Ergebnisse.

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Die Autoren möchten sich für die Unterstützung von Ten Cate Advanced Materials in Form von kostenloser Materialbereitstellung für die in diesem Artikel beschriebenen Arbeiten bedanken.

1. Proben Schneiden und Vorbereitung für das Ultraschallschweißen <ol><li> Schneiden rechteckige Proben gemessen 25,4 mm x 101,6 mm von einem größeren thermoplastischen Verbundlaminat eine Schneidtechnik verwendet, die Delamination der Kanten der Proben (zum Beispiel Diamant-Säge oder Wasserstrahlschneiden) verhindert. Anmerkung: Die Abmessungen der Proben basieren auf ASTM D 1002 Standard. <ol><li> Da Festigkeit der Schweißverbindungen an der Faserorientierung auf der Oberfläche hängt bis 10 geschweißt werden, darauf achten, alle Proben in der gleichen Ausrichtung zu schneiden. </li></ol></li><li> Nach dem Schneiden trockenen Proben in einem Ofen gemäß den Empfehlungen des Herstellers bei das thermoplastische Harz dazu neigt, Feuchtigkeit zu absorbieren (beispielsweise 6 h bei 135 ° C für sechs Schichtkohlefaserverstärktem Polyetherimid, CF / PEI, Proben). </li><li> Schnittenen flachen Energierichtungs gebildet aus ordentlich thermoplastischen Folie (gleichen Harz als Matrix im Verbund) der Größe (ca. 26 mm x 26 mm) mit einer Dicke von mindestens 0,25 mm. Falls erforderlich, trocknen die Energierichtungsempfehlungen folgende Hersteller (zB 1 Stunde bei 135 ° C unter der Regie von PEI Energie). </li><li> Vor dem Schweißen, inspizieren Proben einer nach dem anderen für delaminierte Ecken und verwerfen, wenn nötig. Reinigen Sie sie einen Entfetter und ein Baumwolltuch. Reinigen Sie die Flachenergierichtungs nach dem gleichen Verfahren. </li></ol> 2. Ultraschallschweißen von Einzelüberlappungsscher Gutscheine Hinweis: Ein Mikroprozessor Ultraschallschweißer Lage gesteuert mit konstanter Amplitude zum Schweißen wird in diesem Schritt verwendet. Der Schweißer Ausgänge Prozessdaten, wie Verlustleistung und Verschiebung der Sonotrode gegenüber der Zeit der Datenerfassungs-Software in einem Computer. Ein speziell angefertigten Spannvorrichtung entwickelt und hergestellt genau zu positionieren und Einzelüberlappungsscherproben beim Ultraschallschweißen Klemme wird in diesem Schritt verwendet (siehe Abbildung 1). Abbildung 1. Ultraschall-Schweißgerät und custom-built in dieser Studie verwendeten Schweiß Setup. 1: Sonotrode 2: Schiebebühne, 3: Klammer für die oberen Probe (an 2), 4: Klammer für die unteren Probe (Wiedergabe aus Lit. 4 mit Genehmigung von Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol><li> Füllen Sie ein Fahrtenbuch Blatt vor jedem Schweiß Experiment. <ol><li> Beachten Sie die folgenden Parameter: RT und Feuchtigkeit, Schweiß-Setup-Referenz, Sonotrode Typ, Probennummer und Materialien, Breite und Dicke der oberen und unteren Proben, und die Dicke der Energieleiter. </li></ol></li><li> Schalten Sie den Ultraschall-Schweißgerät und Computer. Starten Sie die Software zur Datenerfassung und öffnen Sie eine neue Sitzung. </li><li> Falls noch nicht vorhanden, ändern Sie die sonotritt auf eine zylindrische Sonotrode mit einem Durchmesser von 40 mm, so dass seine Bodenfläche vollständig den Schweißbereich abdeckt. Hinweis: Eine andere Form der Sonotrode eingesetzt werden kann, aber die Bodenfläche sollte nicht kleiner sein als der Schweißbereich. </li><li> Position und fixieren Proben und Energiedirektor in die Schweißvorrichtung (siehe Abbildung 1). <ol><li> Bringen Sie einen Flachenergieleiter mit den Bodenprobe mit Klebeband, so dass es einen etwas größeren Bereich abdeckt als die Fläche (12,7 mm x 25,4 mm) geschweißt werden. </li><li> Legen Sie die untere Probe in die Spannvorrichtung und klemmen es durch die obere Schraube festziehen. </li><li> Kleben Sie das andere Ende des Energiedirektor an der Basis des Setup, so dass sie an Ort und Stelle während des Prozesses bleibt. </li><li> Legen Sie die obere Probe in die Klemme, ausrichten und die obere Schraube festziehen. </li><li> Positionieren Sie die Klammer für die Top-Probe in die Schiebebühne und ziehen Sie die beiden Schrauben. </li><li> Bevor Sie fortfahren, ziehen Sie alle vier Schrauben einmal mErz. </li></ol></li><li> Bestimmen die optimale Dauer der Schwingungsphase auf der Grundlage der Verschiebung der Sonotrode die höchste Schweißfestigkeit zu erreichen, wie 2.5.1 bis 2.5.8 in Schritten beschrieben. Hinweis: Eine optimale Dauer der Schwingungsphase für jede gewünschte Kombination von Schweißkraft und Schwingungsamplitude bestimmt. <ol><li> Stellen Sie die Ultraschall-Schweißgerät Verschiebung-Regelbetrieb auf Differential. </li><li> Eingangsschweißkraft und Schwingungsamplitude in das Ultraschallschweißgerät (zum Beispiel 300 N und 86,2 &amp; mgr; m). Hinweis: Bei diesem Ultraschallschweißer, 86,2 &amp; mgr; m entspricht der Spitze-zu-Spitze-Schwingungsamplitude. In den Systemeinstellungen, wird es als die Hälfte dieses Wertes ausgedrückt, 43,1 &amp; mgr; m. </li><li> Eingangs die Sonotrode Verschiebung oder Reisen, am Ende der Vibrationsphase als ein Wert gleich der Ausgangsdicke der Energieleiter (zum Beispiel 0,25 mm). </li><li> Eingangs Verfestigung Kraft und Zeit in den Ultraschallschweißgerät (zum Beispiel 1000N und 4,000 msec). </li><li> Wenn Sie bereit sind, setzen auf schalldichte Kopfhörer und starten Sie die Ultraschall-Schweißverfahren. </li><li> Nach dem Abschluss des Prozesses, beachten Sie bitte die folgenden Ausgangsparameter: Schweißabstand, maximale Leistung, Vibration Zeit und Energie. Entfernen Sie den Coupon aus der Schweiß Setup und schreiben ihre Kennnummer auf beide mit einem Lackstift endet. </li><li> Exportieren der Schweiß Daten (Kraft und Verschiebung der Sonotrode) in eine Tabellenkalkulation und zeichnen die Kraft und Verschiebung Zeit-Kurve während der Vibrationsphase des Verfahrens. Hinweis: Die Verschiebungskurve der Abwärtsverschiebung der Sonotrode in Bezug auf ihre Position zu Beginn des Schwingungsphasendiagramm soll. </li><li> Identifizieren der Verschiebung in der Mitte des Stromplateau (Stufe 4), wie in Abbildung 2 (in diesem Fall 0,10 mm) gezeigt. Hinweis: Diese besondere Verschiebungswert ist die optimale Reise, die die Dauer der Vibration Phase steuert und Willenin jedem nachfolgenden Schweiß für den gleichen Schweißkraft und Amplitude verwendet werden. </li></ol></li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> Abbildung 2. Power (schwarz) und Verschiebung (grau) Kurven für die Ultraschall-Schweißverfahren zeigt optimale Reisen. Die Schwingungsphase des Ultraschallschweißen kann in fünf Stufen unterteilt werden. Optimale Reise Wert wird innerhalb Stufe 4. Studien Fall befindet: Kohlefaser Polyetherimid -PEI Substrate verstärkt, 0,25 mm dicken Flach PEI Energieleiter, 300 N Schweißkraft, 86,2 &amp; mgr; m Schwingungsamplitude, 0,25 mm Federweg. (Wiedergabe aus Lit. 4 mit Genehmigung von Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="6"><li> Weld Coupons bei der optimalen Reise Wert für den gegebenen Schweißkraft und Amplitude combination. <ol><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.1 für jede Schweißnaht 2.5.6. In Schritt 2.5.3, verwenden Sie die optimale Reise bestimmt in Schritt 2.5.8 für die entsprechende Schweißkraft und Amplitude Kombination. Hinweis: Alle LSS-Tests werden durchgeführt gemäß ASTM D 1002 auf einer Universalprüfmaschine mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 1,3 mm / min. </li></ol></li></ol> 3. Einzel Zugscherfestigkeit (LSS) Prüfung von geschweißten Gutscheine <ol><li> Messen und für die beiden angeschweißten Coupon Kenntnis von der Breite der Überlappung nehmen. </li><li> Schalten Sie den Universal-Prüfmaschine und öffnen Sie die Testverfahren für LSS auf dem Computer. </li><li> In der Testoberfläche, geben Sie die Probennummer und die Abmessungen der Überlappung. Stellen Sie die Kraft auf 0 und den Griff-zu-Griff Trennung in seine Ausgangsposition (zum Beispiel 60 mm). </li><li> Positionieren der Probe in den Griffen der Prüfmaschine wie auf Abbildung 3 dargestellt. </li></ol><img alt="Abbildung 3" src = &quot;/ files / ftp_upload / 53592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; Abbildung 3. Schematische Darstellung des Klemm in der Zwick / Roell 250 kN Universalprüfmaschine (nicht maßstabsgetreu). Die Offset-Verschiebung zwischen dem oberen und unteren Griffe erlaubt die Lastrichtung mit dem Zentrum Schweißlinie Ausrichten während der Überlappungsscher zu minimieren Biege Festigkeitsprüfung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="5"><li> Starten Sie das Testverfahren aus dem Computer durch die Schaltfläche &quot;Start&quot; klicken. </li><li> Nachdem die Probe bricht, entfernen Sie sie aus dem Griff und sichern Sie beide Teile zusammen mit Klebeband. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.3 bis 3.6 für alle anderen Proben. </li><li> Wenn die Tests abgeschlossen sind, Exportieren der Daten in eine Tabelle und berechnen den Mittelwert LSS, gemäß dem Verfahren in der Norm beschriebenen, für jede Schweißkraft und Amplitude Kombination. </li></ol>

<ol><li>Yousefpour, A., Hojjati, M., Immarigeon, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fusion+bonding%2Fwelding+of+thermoplastic+composites%5BTitle%5D)+AND+%22J+Thermoplast+Compos%22%5BJournal%5D)">Fusion bonding/welding of thermoplastic composites.</a> J Thermoplast Compos. 17, 303-341 (2004).</li>
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</ol>

Die Verfasser erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Die Ergebnisse im vorherigen Abschnitt verweisen auf die Angemessenheit der einfache Methode in diesem Papier für das Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund einzelnen Runde Coupons zum Zwecke der mechanischen Prüfung vorgeschlagen. Nachfolgend erläutern wir, wie die Ergebnisse der drei Hauptsäulen der Methode zu validieren, das heißt, die Verwendung von flachen lose Energiedirektoren, die Verwendung von Prozessrückmeldung optimale Dauer der Vibration und die Verwendung von Verdrängungssteuerung zu d...

Thermoplastische Verbundwerkstoffe (TPC) haben die Fähigkeit, angeschweißt werden, was auf ihre kostengünstige Herstellung beiträgt. Schweißen erfordert lokale Erhitzen unter Druck zu erweichen oder das thermoplastische Harz der Fügeflächen schmelzen und für innigen Kontakt und nachfolgende Interdiffusion von thermoplastischen Polymerketten über die Schweißgrenzfläche zu ermöglichen. Sobald molekularen Interdiffusion erreicht wird, festigt die Schweißverbindung unter Druck abgekühlt. Mehrere Schweißtechniken auf thermoplastische Verbundwerkstoffe anwendbar sind, die 1, jedoch hauptsächlich in der Wärmequelle unterscheidet, die wichtigsten &quot;Adhäsion&quot; -Mechanismus, also molekulare Verhakung, bleibt unverändert. Ultraschallschweißen bietet eine sehr kurze Schweißzeiten (in der Größenordnung von einigen Sekunden), einfache Automatisierung und es ist praktisch unabhängig von der Art der Verstärkung in den thermoplastischen Verbundsubstrate. Darüber hinaus bietet es die Möglichkeit zur in situ-Überwachung 2,3 </sup&gt;, Die im Rahmen der Qualitätssicherung oder für die schnelle Definition von Verarbeitungsfenster 4 verwendet werden kann. Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen ist vor allem ein Punktschweißverfahren, aber erfolgreiches Schweißen von mehr Nähte durch aufeinanderfolgende Ultraschallschweißen in der Literatur 5 berichtet. Im Gegensatz zu Widerstands- oder Induktionsschweißen, Ultraschallschweißen ist industriell nicht für Strukturverbindungen zwischen thermoplastischen Verbundteile so weit angewendet. Nichtsdestotrotz wird erhebliche Anstrengungen zur Zeit gewidmet werden für Flugzeuganwendungen Entwicklung von Strukturultraschallschweißen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen zu fördern. Beim Ultraschallschweißen werden die zu verbindenden Teile sind auf eine Kombination von statischen Kraft ausgesetzt und Hochfrequenz mit niedriger Amplitude mechanischer Schwingungen quer zu der Schweißgrenzfläche, die durch die Oberfläche und Erhitzen in viskoelastischen Wärmeerzeugung führt. Vorzugserhitzungs an der Schweißschnittstelle gefördertdurch die Verwendung von Harz Vorsprünge auf den Oberflächen verschweißt, die höher zyklischen Belastung unterzogen werden, und damit höhere viskoelastische Heizung, als die Substrate 6. Kraft und Vibration ausgeübt werden auf die Teile durch eine Sonotrode einer Presse und mit einem Ultraschall Zug verbunden verschweißt werden, die aus piezoelektrischen Wandler und Verstärker. Abhängig von der Entfernung zwischen dem Punkt, an dem die Sonotrode in Kontakt mit dem Teil verbunden werden und die Schweißschnittstelle, kann zwischen Nahfeld- und Fernfeld-Ultraschallschweißen erfolgen. Nahfeld-Schweißen (weniger als 6 mm zwischen Sonotrode und Schweißschnittstelle) ist für eine breitere Palette von Materialien während der Anwendbarkeit der Fernfeldschweißen zu einem spezifischen thermoplastischen Material wird von der Fähigkeit des Materials stark von Schallwellen durchzuführen 6 . Die Ultraschall-Schweißverfahren lassen sich in drei Hauptphasen eingeteilt werden. Zunächst wird ein Kraftaufbauphase, in der die sonotrode allmählich die Kraft auf die Teile geschweißt werden, bis eine bestimmte Auslösekraft erreicht ist. Keine Vibrationen während dieser Phase angewandt. Zweitens, eine Schwingungsphase, die beginnt, sobald die Auslösekraft erreicht ist. In dieser Phase schwingt die Sonotrode an der vorgeschriebenen Amplitude für eine gewisse Zeit, die Wärme für den Schweißvorgang benötigt erzeugen. Mikroprozessorgesteuerte Ultraschallschweißgeräte bieten mehrere Optionen, um die Dauer der Vibration Phase zu steuern, darunter Zeit (dh direkte Kontrolle), Verschiebung oder Energie (indirekte Kontrolle). Die Kraft, die während dieser Phase angewendet, dh Kraft Schweißen, konstant und gleich der Auslösekraft gehalten werden oder kann allmählich während des Aufbringens der Vibration variiert werden. Drittens eine Erstarrungsphase, während der die Schweißteile erlaubt werden für eine gewisse Zeit unter einem bestimmten Erstarrungskraft abkühlen. Keine Vibrationen während dieser letzten Stufe angelegt. Schweiß foRCE, Schwingungsamplitude, Schwingungsfrequenz und die Dauer der Vibrationsphase (entweder direkt oder indirekt durch Energie oder Verschiebung gesteuert) sind die Schweißparameter, die Wärmeerzeugung zu steuern. Kraft, Amplitude und Dauer sind benutzerdefinierte Parameter, während Frequenz für jeden Ultraschall-Schweißgerät befestigt ist. Die Verfestigung Kraft und Erstarrungszeit, auch Schweißparameter, nicht eingreifen in der Erwärmungsprozess, sondern beeinflussen die Konsolidierung und, zusammen mit dem Rest der Parameter, die endgültige Qualität der Schweißverbindungen. Dieser Beitrag stellt eine neue einfache Methode zur Nahfeld-Ultraschallschweißen einzelner TPC Coupons in einer einzigen Runde Konfiguration für nachfolgende mechanische Einzelüberlappungsscher (LSS), Prüfung gemäß ASTM (American Society for Testing and Materials) D 1002-Standard. Mechanische Prüfung der Schweiß Coupons ermöglicht die Bestimmung der scheinbaren Scherfestigkeit der Gelenke, die eine der Eigenschaften die meisten comm istnur verwendet 7 die Stärke der thermoplastischen Verbundschweißverbindungen zu quantifizieren. Das Schweißverfahren in diesem Papier beschrieben, das auf drei Säulen. Zunächst werden lose flache Energieleiter für Vorzugswärmeerzeugung an der Verbindungsgrenzfläche 8,9 während des Schweißprozesses verwendet. Zweitens wird die Prozessdaten durch die Ultraschallschweißgerät bereitgestellt verwendet, um schnell die optimale Dauer der Schwingungsphase für eine bestimmte Kraft / Amplituden-Kombination 2,4 definieren. Drittens wird die Dauer der Schwingungsphase indirekt durch die Verschiebung der Sonotrode gesteuert, um 4 gleichbleibende Qualität der Schweißverbindungen zu gewährleisten. Dieses Schweißverfahren bietet im Wesentlichen folgende Neuerungen und Vorteile in Bezug auf State-of-the-art-Schweißverfahren für thermoplastische Verbundwerkstoffe: (a) vereinfacht die Probenvorbereitung durch die Verwendung von Direktoren lose flache Energie anstelle der traditionellen Formenergierichtungs 3, aktiviert und (b) schnell und cost-effiziente Definition von Verarbeitungsparametern auf Basis von In-situ-Überwachungsprozess wie zu gemeinsamen Versuch und Irrtum Ansätze gegenüber. Obwohl die in diesem Dokument beschriebene Verfahren eine sehr spezifische und einfache Schweißgeometrie zu erhalten, ausgerichtet ist, kann sie als Grundlage dienen für das Schweißen von tatsächlichen Teile, ein Verfahren zu definieren. Ein Hauptunterschied in diesem Fall ergibt sich aus eingeschränkten Fluss der Energie Regisseur wie den frei fließen an den vier Kanten der Überlappung in einzelnen Runde Coupons gegenüber.

<table><tbody><tr><td>Material/Reagenz</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cetex Kohlefaser / Polyetherimid (CF/PEI) 5 Harness Satin Prepreg</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>Anbieter kontaktieren</td> In <td>dieser Studie verwendetes Material für die Proben.</td></tr><tr><td>PFQD-Lösemittelentfetter</td><td>PT Technologies Europe (jetzt Socomore - www.socomore.com)</td><td>Wenden Sie sich an den Anbieter</td><td>Lösemittelentfetter für die Reinigung der Proben und Energiedirektoren.</td></tr><tr><td>Baumwolltücher</td> Für allgemeine Reinigungszwecke<td></td><td></td><td>. Es wurde kein bestimmter Anbieter verwendet.</td></tr><tr><td>0,25 mm PEI-Folie</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>Anbieter</td><td>kontaktieren Dünnschicht, die als Energiedirektor verwendet wird.</td></tr><tr><td>Klebeband</td><td>Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)1</td>" <td>x 72 yds MFG # 327402 Kontaktieren Sie den Anbieter für die Katalognummer</td><td>Wird verwendet, um den Energiedirektor an der unteren Probe für das Ultraschallschweißen zu befestigen.</td></tr><tr><td>Name</td><td>Unternehmen</td><td><>Katalognummer</td><td>Kommentare</td></tr><tr><td>Ausrüstung</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>V&ouml; tsch Ofen</td><td>V&ouml; tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)</td><td>VTU 60/60 - Kontaktieren Sie den Anbieter für die spezifische Katalognummer</td><td>Ofen zum Trocknen von PEI-Folien (Energieleitern) und PEI-Proben vor dem Schweißen.</td></tr><tr><td>Rinco Dynamic 3000 Ultraschallschweißgerät</td><td>Aeson BV (www.aeson.nl/en/)</td><td>Kontaktieren Sie den Anbieter</td><td>20 kHz Ultraschallschweißgerät, das für die Schweißexperimente verwendet wird. Mehrere Sonotrodengrößen erhältlich. Wenden Sie sich an den Anbieter, um weitere Informationen zu erhalten. ACUCapture Software im Lieferumfang enthalten.</td></tr><tr><td>Zwick/Roell Universalprüfmaschine</td><td>Zwick (www.zwick.com)</td><td>Z250 - Kontaktieren Sie den Anbieter für eine spezifische Katalognummer</td><td>Universalprüfmaschine mit einer maximalen Belastung von 250 kN für Einzellap-Scherfestigkeitsmessungen.</td></tr></tbody></table>

ultraschallschweißen von thermoplastischen verbund coupons für mechanische charakterisierung von schweißverbindungen durch einzelüberlappungsscherprüfung

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

In diesem Artikel wird ein neuartiges, unkompliziertes Verfahren zum Ultraschallschweißen von thermoplastisch-kompositierten Coupons unter optimalen Verarbeitungsbedingungen vorgestellt. Das in dieser Arbeit beschriebene Ultraschallschweißverfahren basiert auf drei Hauptsäulen. Zum einen werden flache Energieleiter zur bevorzugten Wärmeerzeugung an der Fügegrenzfläche während des Schweißprozesses eingesetzt. Ein flacher Energieleiter ist ein sauberer thermoplastischer Harzfilm, der vor dem Schweißprozess zwischen den zu verbindenden Teilen platziert wird und sich aufgrund seiner geringeren Drucksteifigkeit im Verhältnis zu den Verbundsubstraten bevorzugt erwärmt. Folglich bieten flache Energieleiter eine einfache Lösung, bei der im Gegensatz zum Ultraschallschweißen von unverstärkten Kunststoffen keine Harzvorsprünge auf den Oberflächen der Verbundsubstrate geformt werden müssen. Zweitens werden die vom Ultraschallschweißgerät bereitgestellten Prozessdaten genutzt, um schnell die optimalen Schweißparameter für jede thermoplastische Verbundwerkstoffkombination zu definieren. Drittens wird im Schweißprozess eine Wegregelung eingesetzt, um eine gleichbleibende Qualität der Schweißverbindungen zu gewährleisten. Nach diesem Verfahren werden thermoplastisch-kompositierte Flachcoupons einzeln in einer einzigen Lap-Konfiguration verschweißt. Die mechanische Prüfung der geschweißten Coupons ermöglicht die Bestimmung der scheinbaren Überlappungsscherfestigkeit der Verbindungen, was eine der am häufigsten verwendeten Eigenschaften ist, um die Festigkeit von thermoplastischen Verbundschweißverbindungen zu quantifizieren.

Kohlefaserverstärkte Polyetherimid (CF / PEI) Proben wurden nach der Methode in diesem Papier beschrieben verschweißt. Die Proben wurden aus einem Verbundlaminat von fünf-Harnisch-Atlasgewebe CF / PEI mit (0/90) 3S Stapelfolge und 1,92 mm Nenndicke erhalten. Proben wurden aus diesem Laminat ausgeschnitten, so dass die Haupt augenscheinlichen Ausrichtung der Fasern zu ihrer längsten Seite parallel war. Wohnung PEI Energieleiter mit 0,25 mm Dicke verwendet wurden. Sowohl die Mis...

Ein einfaches Verfahren zum Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbundcoupons für grundlegende mechanische Prüfungen wird beschrieben. Wesentliche Merkmale dieses Ultraschallschweißverfahrens sind die Verwendung von flachen Energieleitern für eine vereinfachte Prozessvorbereitung und die Verwendung von Prozessdaten für die schnelle Definition optimaler Verarbeitungsbedingungen.

Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, thermoplastische Verbundwerkstoffverbindungen für grundlegende mechanische Prüfungen mithilfe vereinfachter Energieführungen, einer schnellen Bestimmung optimaler Schweißparameter und einer Wegregelung zur sicherstellung gleichbleibender Schweißnahtqualität herzustellen. Diese Methode hilft, zentrale Fragen im Bereich der Verbindung von Verbundwerkstoffen zu beantworten, beispielsweise welche Festigkeit von einer geschweißten Verbindung und von einem Kunststoff-Verbundwerkstoff erwartet werden kann. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie nach schneller Ermittlung der optimalen Schweißparameter konsistente, hochwertige Schweißproben erzeugt.Verwenden Sie für dieses Verfahren einen mikroprozessorgesteuerten Ultraschallschweißer, der mit konstanter Amplitude arbeiten kann. Der Schweißer muss Prozessdaten wie dissipierte Leistung und Verschiebung des Sonotrodes über die Zeit an einen Computer ausgeben können. Diese Demonstration verwendet eine speziell angefertigte Vorrichtung, die entwickelt wurde, um Einfachüberlappungsscherproben präzise zu positionieren und zu fixieren.Schalten Sie den Ultraschallschweißer ein und melden Sie sich am Computer an. Vor jedem Experiment notieren Sie die folgenden Parameter: Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit, die Referenz der Schweißanlage, den Typ der Sonotrode, die Probenummer und das Material, die Breite und Dicke der oberen und unteren Proben sowie die Dicke des Energierisss. Starten Sie die Software zur Datenerfassung und öffnen Sie eine neue Sitzung.Diese Demonstration verwendet einen zylindrischen Sonotroden mit 40 Millimeter Durchmesser. Als Nächstes werden die Proben und der Energierichter hinzugefügt. Reinigen Sie zunächst die Proben und den Energierichter.Danach befestigen Sie den flachen Energieführer mit Klebeband an der unteren Probe. Er sollte einen Bereich abdecken, der etwas größer ist als der zu verschweißende Bereich. Anschließend platzieren und richten Sie die untere Probe in der Vorrichtung aus.Und befestigen Sie es, indem Sie die obere Schraube festziehen. Befestigen Sie anschließend das andere Ende des Energieführers mit Klebeband an der Basis der Vorrichtung. Danach setzen Sie die obere Probe in die Klemme ein und richten Sie sie aus.Ziehen Sie nun die obere Schraube fest. Danach positionieren Sie die Klammer für die obere Probe auf der Schiebeplattform und ziehen Sie beide Schrauben fest. Bevor Sie mit dem Schweißen fortfahren, ziehen Sie alle vier Schrauben nochmals fest.Um die höchste Schweißfestigkeit zu erreichen, müssen Sie die optimale Dauer der Vibrationsphase anhand der Verschiebung des Sonotroden bestimmen. Diese Dauer muss für jede Kombination aus Schweißkraft und Schwingungsamplitude ermittelt werden. Beginnen Sie damit, den Steuermodus des Ultraschallschweißgeräts auf Differenzialverschiebung einzustellen.Geben Sie als Nächstes die Schweißkraft und die Schwingungsamplitude ein. Beachten Sie, dass die Amplitude in den Einstellungen dieses Geräts als die Hälfte des Spitze-zu-Spitze-Amplitudenwerts angegeben wird. Geben Sie nun die Verschiebung oder den Hub des Sonotroden am Ende der Vibrationsphase ein.Verwenden Sie einen Wert, der der anfänglichen Dicke des Energieführers entspricht, in diesem Fall also 0,25 mm. Geben Sie anschließend die Erstarrungskraft und die Erstarrungszeit ein. In diesem Beispiel betragen diese Werte 1.000 N und 4.000 ms.Nach der Eingabe dieser Einstellungen ist das System bereit, Ultraschallschweißungen durchzuführen. Tragen Sie Schutzbrille und schallgedämmte Kopfhörer und starten Sie den Vorgang. Notieren Sie nach Abschluss einer Schweißung die folgenden Ausgabeparameter: Schwingungsenergie, maximale Leistung und Schweißweg.Entfernen Sie dann den Probekörper aus der Schweißanordnung und beschriften Sie beide Enden mit einer Identifikationsnummer, indem Sie einen Farbmarker verwenden. Exportieren Sie nun die Schweißdaten in eine Tabellenkalkulation und stellen Sie Leistung und Weg über der Zeit während der Vibrationsphase des Prozesses grafisch dar. Beachten Sie, dass diese Kurve die Abwärtsbewegung des Sonotroden im Vergleich zu seiner Position zu Beginn der Vibrationsphase darstellt.Identifizieren Sie anhand der Kurven die Verschiebung in der Mitte der Leistungsplateau-Phase. Dieser Verschiebungswert ist die optimale Hublänge, die die Dauer der Schwingungsphase für hochfeste Schweißverbindungen steuert. Verwenden Sie diesen optimalen Hublängenwert bei jedem nachfolgenden Schweißvorgang für dieselbe Schweißkraft und Amplitude.Nach Abschluss aller Schweißnähte prüfen Sie deren Schubfestigkeit im Einzelüberlappungsstoß nach dem ASTM D1002-Prüfstandard oder einem ähnlichen Standard unter Verwendung einer Universalprüfmaschine. Verbundproben aus kohlenstofffaserverstärktem Polyetherimid mit einer NennDicke von 1,92 Millimetern wurden mit der beschriebenen Methode geschweißt. Flache Polyetherimid-Energierichter mit einer Dicke von 0,25 Millimetern kamen zum Einsatz.Der optimale Wegwert bei einer Schweißkraft von 300 Newton und einer Spitze-zu-Spitze-Amplitude von 86,2 Mikrometern wurde als 40 % der anfänglichen Dicke des Energieführers berechnet. Um den berechneten optimalen Wegwert zu überprüfen, wurden Proben bei verschiedenen Wegwerten geschweißt und anschließend getestet. Für jeden Wert wurden fünf Schweißungen durchgeführt.Die scheinbare Lap-Scherfestigkeit erreichte ihr Maximum bei 40 % der anfänglichen Dicke des Energieführers, was tatsächlich dem berechneten optimalen Wegmaß entsprach. Die Bruchflächen der geprüften Proben zeigten vollständig verschweißte Bereiche, was die Fähigkeit des flachen Energieführers belegt, den vorgesehenen Schweißbereich zu verbinden. Schließlich führte das weggesteuerte Schweißen, wie durch die geringe Streuung der Festigkeitswerte gezeigt, zu einer sehr gleichmäßigen Schweißqualität.Eine andere Strategie, wie beispielsweise die zeitgesteuerte Schweißung, wird voraussichtlich eine hohe Streuung aufweisen, wie durch die signifikante Überlappung der Vibrationszeiten bei unterschiedlichen Wegstrecken und damit verbundenen unterschiedlichen Festigkeitsniveaus nahegelegt wird. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie wissen, wie man Ultraschallschweißverbindungen in thermoplastischen Verbundwerkstoffen mit optimaler Qualität herstellt. Diese Methode ist für grundlegende mechanische Prüfungen vorgesehen, mit vereinfachten Energieriegeln und einer vereinfachten Definition der Prozessparameter.Wenn die Methode einmal beherrscht ist, können die Definition optimaler Schweißparameter und das Schweißen einer Probecharge bei sachgemäßer Durchführung in weniger als zwei Stunden durchgeführt werden. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden, wie die Querschnittsmikroskopie, angewendet werden, um zusätzliche Fragestellungen zu beantworten, beispielsweise zur Dicke der Schweißnaht oder zum Ausmaß der wärmeeinflussten Zonen.

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Forschung

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Ingenieurwesen

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Experimente an Ultraschall-Schmierung Verwenden eines piezoelektrisch unterstützten Tribometer und optische Profilometer

Eine experimentelle Methode geometrischen Parameter und die scheinbaren vorrückenden Kontaktwinkel beschreibt Kapillare in unidirektionalen synthetischen und natürlichen Stoffen Wicking zu messen vorgeschlagen. Diese Parameter sind obligatorisch für die Bestimmung der Kapillardrucke, die in Betracht für Liquid Composite Molding (LCM) Anwendungen genommen werden muss.

Wicking Tests für unidirektionale Gewebe: Die Messungen der Kapillar-Parameter Kapillardruck in Liquid Composite Molding Verfahren zur Bewertung

Ein Protokoll für Ultraschall Ermüdungsprüfung im Bereich hoch- und Zyklus in axialer Zug-Druck-Lademodus.

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Eine neue Technik zur Konsolidierung Druck auf die Vakuum-Beutel-Lay-up, zusammengesetzte Laminate zu fabrizieren ist beschrieben. Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine einfache und kostengünstige Technik zur Verbesserung der Qualität von Laminaten hergestellt durch die nasse Lay-up-Vakuum-Beutel-Methode zu entwickeln.

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Hier präsentieren wir ein Reibungsrührpunktschweißen (FSSW) Protokoll auf Zweiphasen-Stahl 780. Ein Werkzeugstift mit Hochgeschwindigkeitsdrehung erzeugt Wärme aus Reibung, um das Material zu erweichen, und dann taucht der Stift in 2 Blattverbindungen, um das Rundengelenk zu erzeugen.

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Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung (Video) | JoVE Journal

Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung

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