Ultrasonic Welding de cupons termoplástica composta de Mecânica Caracterização de Juntas Soldadas através Individual Sobreposição Testing

Introduction

Os materiais compósitos termoplásticos (TPC) tem a capacidade de ser soldado, o que contribui para a sua fabricação rentável. Soldadura requer aquecimento local sob pressão para amolecer ou fundir a resina termoplástica das superfícies de união e para permitir o contacto íntimo e subsequente inter-difusão de cadeias de polímeros termoplásticos em toda a interface de soldadura. Uma vez inter-difusão molecular é alcançado, o arrefecimento sob pressão consolida a junta soldada. Várias técnicas de soldagem são aplicáveis ​​aos compósitos termoplásticos que diferem principalmente na fonte de calor ^1, no entanto, o principal mecanismo de "adesão", isto é, o entrelaçamento molecular, permanece inalterada. soldadura ultra-sónica oferece tempos muito curtos de soldadura (na ordem de alguns segundos), a facilidade de automatização e que é praticamente independente do tipo de reforço nos substratos compósitos termoplásticos. Além disso, oferece a possibilidade de monitoramento in situ ^2,3 4. Soldagem ultra-sônica de compósitos termoplásticos é principalmente um processo de soldadura por pontos, soldadura bem sucedida no entanto de costuras mais longas através de soldadura ultra-sónica sequencial tem sido relatado na literatura ^5. Em oposição à resistência à indução ou de soldadura, soldadura ultra-sónica não foi aplicado industrialmente para juntas estruturais entre as partes compósitas termoplásticas até agora. No entanto, um esforço significativo está sendo dedicada a promover o desenvolvimento de soldagem ultra-sônica estrutural dos compósitos termoplásticos para aplicações de aeronaves.

Na soldadura ultra-sónica, as partes a serem juntas são submetidas a uma combinação de força estática e de alta frequência, vibrações mecânicas de baixa amplitude transversal à interface de soldadura, o que resulta na geração de calor através da superfície de aquecimento e viscoelástico. aquecimento preferencial na interface da soldadura é promovidaatravés da utilização de protuberâncias de resina sobre as superfícies a serem soldadas que passam por maior estirpe cíclico, e aquecimento, assim, maior viscoelástico, que os substratos ^6. Força e vibração são exercida sobre as peças a serem soldadas por meio de um sonotrodo ligado a uma prensa e um trem de ultra-sónico que consiste de piezo eléctrico e conversor de reforço. Dependendo da distância entre o ponto em que os contactos sonotrodo a peça a ser unida e a interface de soldadura, uma distinção pode ser feita entre de campo próximo e de campo distante soldadura ultra-sónica. De campo próximo de soldadura (menos de 6 mm entre sonotrodo e interface de soldadura) é aplicável a uma ampla gama de materiais, enquanto a aplicabilidade de soldadura de campo distante a um material termoplástico específico é muito dependente da capacidade do material para conduzir as ondas sonoras ⁶ .

O processo de soldadura ultra-sónica pode ser dividida em três fases principais. Em primeiro lugar, uma fase de força build-up, durante o qual o sonotroaumenta gradualmente de a força sobre as peças a soldar até uma certa força de gatilho for atingido. Sem vibração é aplicada durante esta fase. Em segundo lugar, uma fase de vibração, a qual começa quando a força de gatilho for atingido. Nesta fase, o sonotrodo vibra na amplitude prescrita para uma certa quantidade de tempo, gerando o calor necessário para o processo de soldagem. Controlado por microprocessador soldadores ultra-sons proporcionam várias opções para controlar a duração da fase de vibração, entre eles o tempo (ou seja, o controlo directo), ou o deslocamento de energia (controlo indirecto). A força aplicada durante esta fase, isto é, a força de soldadura, pode ser mantida constante e igual à força de disparo ou pode ser gradualmente variada durante a aplicação da vibração. Em terceiro lugar, uma fase de solidificação, durante o qual as peças soldadas são arrefecidos à temperatura ambiente sob uma certa força de solidificação de uma certa quantidade de tempo. Sem vibração é aplicada durante esta última fase.

fo soldagemRCE, amplitude de vibração, frequência de vibração e duração da fase de vibração (directa ou indirectamente controlada por meio de energia ou deslocamento) são os parâmetros de soldagem que controlam a geração de calor. Força, amplitude e duração são parâmetros definidos pelo usuário, enquanto que a frequência é fixado para cada soldador ultra-sônica. força de solidificação e tempo de solidificação, também parâmetros de soldadura, não se intervir no processo de aquecimento, mas afectar a consolidação e, em conjunto com o resto dos parâmetros, a qualidade final das juntas soldadas.

Este trabalho apresenta um método simples da novela para near-field soldagem ultra-sônica de cupons TPC individuais numa única configuração de volta para a subsequente, tesoura mecânica única volta (LSS), o teste seguinte ASTM (American Society for Testing and Materials) D 1002 standard. Os testes mecânicos dos cupões soldadas permite determinar a força de corte aparente volta das articulações, o que é uma das propriedades mais commapenas utilizado para quantificar a força de compósitos termoplásticos juntas soldadas ^7. O método de soldagem descrito neste documento é baseado em três pilares principais. Em primeiro lugar, directores de energia plana soltos são usados ​​para geração de calor preferencial na interface juntar ^8,9 durante o processo de soldagem. Em segundo lugar, o tratamento dos dados fornecidos pelo soldador de ultra-sons é usado para definir rapidamente o tempo óptimo da fase de vibração para uma força específica / combinação amplitude de ^2,4. Em terceiro lugar, a duração da fase de vibração é controlada indirectamente por meio do deslocamento do sonotrodo, de modo a garantir uma qualidade consistente das juntas soldadas ^4. Este método de soldagem oferece as seguintes novidades principais e vantagens com relação a procedimentos de soldagem state-of-the-art para compósitos termoplásticos: (a) preparação de amostras simplificado habilitado pelo uso de administração de energia planas soltos em vez de directores de energia moldados tradicionais ^3, e (b) e c rápidodefinição ost-eficiente dos parâmetros de processamento com base no monitoramento de processos in-situ, em oposição às abordagens de tentativa e erro comuns. Embora o método descrito neste trabalho é voltado para a obtenção de uma geometria muito específica e simples de solda que pode servir de base para definir um procedimento para a soldagem de peças reais. A principal diferença, nesse caso, resulta de fluxo restrita do diretor de energia em oposição ao fluxo irrestrito nas quatro bordas da sobreposição de cupons de sobreposição simples.

Protocol

1. Peça de corte e preparação para a soldadura ultra-sônica

1. Cortar amostras rectangulares medindo 25,4 milímetros x 101,6 milímetros a partir de um laminado compósito termoplástico maior usando uma técnica de corte que impede a deslaminação das arestas das amostras (por exemplo, diamante-serra ou de corte por jacto de água).
   Nota: As dimensões das amostras são baseados na norma ASTM D 1002 padrão.
   1. Uma vez que a força das juntas soldadas depende da orientação das fibras sobre as superfícies a serem soldadas ^10, tomar cuidado para cortar todas as amostras na mesma orientação.
2. Após o corte, as amostras secas num forno de acordo com as recomendações do fabricante, no caso da resina de termoplástico tende a absorver a humidade (por exemplo, 6 horas a 135 ° C durante fibra de carbono de seis camadas reforçadas polieterimida, CF / PEI, as amostras).
3. Cortar directores de energia planas feitas de película termoplástica puro (mesma resina que a matriz no compósito) de tamanho (cerca de 26 milímetros x 26 mm) com uma espessura de pelo menos 0,25 mm. Se necessário, secar o diretor de energia seguindo as recomendações do fabricante (por exemplo, 1 hora a 135 ° C, para o diretor de energia PEI).
4. Antes de soldar, inspecionar amostras de um por um para cantos desagregadas e descartar, se necessário. Limpá-los usando um desengordurante e um pano de algodão. Limpe os directores de energia planas seguindo o mesmo procedimento.

2. Ultrasonic Welding da única volta cupons de cisalhamento

Nota: um microprocessador controlado soldador ultra-sónico capaz de soldar na amplitude constante é utilizado neste passo. Os dados de processo saídas soldador, tais como potência dissipada e deslocamento do sonotrodo versus tempo para o software de aquisição de dados de um computador. Um gabarito custom-built projetado e fabricado para posicionar com precisão e prender amostras de colo de corte individuais durante a soldagem ultra-sônica é usada neste passo (veja a Figura 1).

Figura 1. Ultrasonic soldador e configuração de soldagem custom-built utilizado neste estudo. 1: sonotrodo, 2: plataforma deslizante, 3: braçadeira para o espécime superiores (ligados a 2), e 4: braçadeira para o espécime mais baixas (Reproduzido de referência 4 com permissão de Elsevier.) por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

1. Preencher uma folha diário de bordo antes de cada experiência de soldagem.
   1. Tome nota dos seguintes parâmetros: RT e umidade, de referência configuração de soldagem, tipo de sonotrodo, o número de amostras e materiais, largura e espessura de amostras superior e inferior, e da espessura do diretor de energia.
2. Ligue o soldador ultra-som e computador. Inicie o software de aquisição de dados e abrir uma nova sessão.
3. Se ainda não estiver no lugar, mudar o sonotrode para um sonotrodo cilíndrico com um diâmetro de 40 mm, de modo que a sua superfície de fundo cobre completamente a área de soldagem.
   Nota: Uma forma diferente de sonotrodo pode ser utilizado, mas a sua superfície inferior não deve ser menor do que a área da soldadura.
4. Posição e fixar espécimes e diretor de energia no gabarito de solda (ver figura 1).
   1. Anexar um director de energia fixa para o espécime inferior com fita adesiva de forma a cobrir uma área ligeiramente maior do que a área a ser soldada (12,7 mm x 25,4 mm).
   2. Colocar a amostra de fundo para o gabarito e prenda-a apertando o parafuso superior.
   3. Tape o outra extremidade do director de energia para a base da configuração de modo que ele permanece no lugar durante o processo.
   4. Colocar a amostra superior no grampo, alinhá-lo e apertar o parafuso superior.
   5. Posicione o grampo para a amostra superior voltada para a plataforma deslizante e aperte os dois parafusos.
   6. Antes de prosseguir, aperte os quatro parafusos uma vez mminério.
5. Determinar a duração óptima da fase de vibração com base no deslocamento do sonotrodo para alcançar a maior resistência de solda, tal como descrito nos passos 2.5.1 a 2.5.8.
   Nota: Uma duração óptima da fase de vibração é determinada para cada combinação desejada da força de soldadura e amplitude de vibração.
   1. Definir o soldador ultra-som para diferencial modo de controle de deslocamento.
   2. Entrada de soldagem de força e amplitude de vibração para o soldador ultra-sons (por exemplo, 300 N e 86,2 mm).
      Nota: Para este soldador de ultra-sons, 86,2 uM corresponde à amplitude de vibração de pico-a-pico. Nas definições da máquina, que é expresso como metade deste valor, 43,1 uM.
   3. Entrada o deslocamento sonotrodo, ou curso, no final da fase de vibração como um valor igual à espessura inicial do director de energia (por exemplo, 0,25 mm).
   4. força de entrada de solidificação e tempo para o soldador ultra-sons (por exemplo, 1.000N e 4000 mseg).
   5. Quando estiver pronto, colocar fones de ouvido com isolamento acústico e iniciar o processo de soldagem ultra-sônica.
   6. Após a conclusão do processo, tomar nota dos seguintes parâmetros de saída: distância de solda, potência máxima, o tempo de vibração e energia. Remover o cupão a partir da configuração de soldagem e escrever seu número de identificação em ambas as extremidades com um marcador de tinta.
   7. Exportar os dados de soldagem (alimentação e deslocamento do sonotrodo) para uma planilha e traçar o poder e deslocamento contra curvas de tempo durante a fase do processo de vibração.
      Nota: A curva de deslocamento deve traçar o deslocamento para baixo do sonotrodo relação à sua posição no início da fase de vibração.
   8. Identificar o deslocamento no meio do planalto de alimentação (fase 4) como mostrado na Figura 2 (neste caso, 0,10 mm).
      Nota: Este valor de deslocamento particular é o curso óptimo que controla a duração da fase de vibração e vontadeser utilizado em todos os soldadura subsequente para a mesma força de soldadura e de amplitude.

Figura 2. Energia (preto) e deslocamento curvas (cinza) para o processo de soldagem ultra-sônica indicando valor de viagem ideal. A fase da soldagem ultra-sônica da vibração pode ser dividido em 5 etapas. valor viagens Optimum está localizado dentro estágio 4. Estudo de Caso: fibra de carbono reforçada substratos polieterimida -PEI, diretor de energia PEI plana 0,25 mm de espessura, 300 N Força de soldadura, 86,2 mm amplitude de oscilação, 0,25 mm de curso. (Reproduzido de referência 4 com permissão de Elsevier.) Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. cupons de solda no valor de viagem ideal para a dada força de soldagem e combinaçã amplituden.
   1. Repita os passos 2.1 a 2.5.6 para cada soldadura. Na etapa 2.5.3, utilize o curso óptimo determinado na etapa 2.5.8 para a força de solda correspondente e combinação de amplitude.
      Nota: Todos os testes da ELA sejam efectuados segundo ASTM D 1002 em uma máquina universal de ensaios com uma velocidade de 1,3 mm / min.

3. única volta Resistência ao cisalhamento (LSS) Testes de cupons Soldadas

1. Meça e tome nota da largura da sobreposição para cada cupão soldada.
2. Ligue a máquina universal de ensaios e abrir o procedimento de teste para LSS no computador.
3. Na interface de teste, entrar o número da amostra e as dimensões da sobreposição. Definir a força a 0 e a separação aderência-à-aperto à sua posição inicial (por exemplo, 60 mm).
4. Posicionar a amostra nas garras da máquina de ensaios, como mostrado na Figura 3.

Figura 3. Representação esquemática da fixação na / Roell 250 kN máquina universal de ensaios Zwick (não está à escala). O deslocamento do deslocamento entre as garras superior e inferior permite o alinhamento da direcção da carga com a linha central da solda para minimizar a flexão durante o cisalhamento teste de força. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Iniciar o procedimento de teste a partir do computador clicando no botão "Iniciar".
6. Após a amostra quebra, removê-lo das garras e fixe ambas as partes em conjunto com fita adesiva.
7. Repita os passos de 3,3-3,6 para todas as outras amostras.
8. Quando os ensaios são concluídos, exportar os dados para uma folha de cálculo e de calcular o valor médio de ELA, de acordo com o procedimento descrito na norma, para cada força de soldadura e combinação de amplitude.

Representative Results

amostras de fibra de carbono reforçada polyetherimide (CF / PEI) foram soldados seguindo o método descrito neste artigo. As amostras foram obtidas a partir de um laminado composto feito de cinco arnês CF tecido de cetim / PEI, com (0/90) _3S empilhamento sequência e 1,92 mm de espessura nominal. As amostras foram cortadas a partir deste laminado de modo que a orientação principal aparente das fibras era paralelo ao seu lado mais comprido. foram utilizados diretores planos de energia Pei com espessura de 0,25 mm. Ambas as amostras compósitas e os directores de energia foram secas num forno a 135 ° C durante 6 horas e 1, respectivamente, como indicado pelo fabricante. Usando curvas de potência e deslocamento obtidos para viagens 0,25 mm, um valor de viagem ideal em torno de 0,10 mm, isto é, 40% da espessura inicial do diretor de energia, foi obtido para as amostras CF / PEI soldadas inferior a 300 N força de soldagem e 86,2 mm de pico -para-peak amplitude de vibração (ver Figura 2 nas Figuras 4 e 5, respectivamente.

Figura 4. curvas de potência para cupons CF / PEI soldado em óptimo viagens As curvas de potência (deslocado verticalmente para maior clareza) mostrar final consistente do processo de soldagem na fase 4. As linhas verticais indicam o início da fase 3. Estudo de caso:. CF / PEI substratos, 0,25 plano diretor mm de espessura PEI energia, 300 N força de soldadura, 86,2 mm amplitude de oscilação, 0 .10 Mm de curso. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5. típica micrografia de corte transversal (em cima) e superfície de fractura (inferior) para cupão CF / PEI soldada sob óptimo de viagem. Juntas soldadas se assemelham a um laminado compósito mais espessa sem diferenças visíveis entre a linha de soldadura (indicado pela seta) e os substratos . Após o teste colo de cisalhamento, superfícies de fratura mostrar significativa ruptura de fibras. Estudo de caso: substratos CF / PEI, diretor de energia PEI plana 0,25 mm de espessura, 300 N Força de soldadura, 86,2 mm amplitude de vibração, 0,10 mm de curso. (Reproduzido de referência 4 com permissão de Elsevier.)oad / 53592 / 53592fig5large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A fim de verificar a validade da abordagem apresentada neste artigo para determinar o curso ideal para uma certa força combinação / amplitude, as amostras foram soldadas nos diferentes valores de viagem, abaixo e acima da viagem ideal, e, posteriormente, testados. O resto dos parâmetros de soldadura utilizados para a soldadura destas amostras foram, como no caso anterior, 300 N a força de soldadura, 86,2 uM de amplitude, 1,000 N de força de solidificação e 4 tempo seg solidificação. A Figura 6 mostra a aparente resistência de corte de sobreposição como um função da viagem (representada como uma porcentagem da espessura inicial do diretor de energia).

Figura resistência ao cisalhamento 6. colo aparente da CF / PEI coupoNS soldada sob diferentes valores de viagem. viagem se encontra aqui representada em relação à espessura do director de energia. Estudo de caso: substratos CF / PEI, diretor de energia PEI plana 0,25 mm de espessura, 300 N Força de soldadura, 86,2 mm amplitude de vibração, viagens variável. (Reproduzido de referência 4 com permissão de Elsevier.) Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Finalmente, soldadura controlado por deslocamento foi comparada com outras possibilidades oferecidas pelo soldador ultra-sónica, tais como a soldadura tempo ou controlado por energia. Com este fim, os valores da resistência de corte de sobreposição descritos na Figura 4 foram representados graficamente como uma função do tempo de vibração (Figura 7) e a energia de soldadura (Figura 8). tempo e energia valores de vibração para todas as amostras soldadas neste estudo foram provided pelo soldador ultra-sons como um resultado do processo de soldadura.

. Figura 7. aparente força de cisalhamento colo de cupons CF / PEI em função do tempo de vibração Obtido usando vezes vibração de amostras utilizadas para traçar Figura 6 Estudo de caso:. CF / substratos PEI, 0,25 mm de espessura diretor de energia PEI plana, 300 N Força de soldadura , 86,2 mm amplitude de vibração, viagens variável. (Adaptado de referência 4 com permissão de Elsevier.) Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8. força aparente colo de cisalhamento de cupons CF / PEI contra energia de soldagem. Obtido com o uso de soldagem val energiaues de amostras utilizadas para traçar Figura 6 Estudo de caso:. / substratos CF Pei, diretor de energia PEI plana 0,25 mm de espessura, 300 N Força de soldadura, 86,2 mm amplitude de vibração, curso variável. (Adaptado de referência 4 com permissão de Elsevier.) Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Os resultados apresentados na seção anterior indicam a adequação do método simples proposto neste trabalho para a soldagem ultra-sônica de compósitos cupons sobreposição simples termoplásticos para fins de teste mecânico. Os parágrafos seguintes discutem como os resultados validam os três principais pilares do método, ou seja, o uso de administração de energia soltos planas, uso de feedback do processo para definir a melhor duração da vibração e uso de controle de deslocamento, bem como a aplicabilidade e limitações de a técnica.

Com relação ao primeiro pilar, directores de energia planas são mostrados para permitir a soldadura bem sucedida dos cupons TPC. Na soldadura ultra-sónica de plásticos não reforçados, os directores de energia sob a forma de protuberâncias de resina com uma área de secção transversal menor do que a da sobreposição unir são necessários para gerar estirpes mais elevadas cíclicas e, consequentemente, a geração de calor preferencial viscoelástico na soldadura entrerosto ^6. No entanto, na soldadura ultra-sónica de TPCs, directores de energia plana com a mesma área de corte transversal como a sobreposição de soldadura não resultar com sucesso em sistemas de aquecimento viscoelástico preferencial na interface de soldadura devido à baixa rigidez de compressão do director de energia plana e estirpes assim maior cíclicos durante o processo de soldagem. O calor gerado na interface derrete o director de energia e são transferidos para os substratos. Sob o efeito da força de soldadura, o director de energia fundido é espremido para fora da sobreposição de soldadura até que o curso prescrito é alcançado. Os valores óptimos de viagem para resultar em sobreposições integralmente soldadas e secções transversais que se assemelham a um laminado mais espessa uma vez que a espessura da linha de solda é semelhante à das áreas ricas em resina nos substratos (ver Figura 5). Deve notar-se que, quando se utiliza directores de energia planas, optimização do director de energia não é necessária, a fim de atingir totalmente soldada sobreposta ^8, conformeoposição a soluções mais tradicionais diretor de energia, em que o tamanho, forma e espaçamento entre directores de energia precisam ser otimizados para atingir a cobertura total da área de soldagem destina ^10,11. Da mesma forma, em comparação com soluções como directores de energia triangulares tradicionalmente utilizados para a soldagem ultra-sônica de TPCs ^3, directores de energia planas foram mostrados para resultar em valores de resistência de solda semelhantes enquanto não ter um impacto negativo significativo sobre a outra saída importante do processo, como máximo poder, energia ou soldadura tempo ^8.

No que diz respeito ao segundo pilar, para uma determinada combinação de força e amplitude de soldadura, é possível definir os valores óptimos de viagem, isto é, valores de viagem que levam a força máxima, com base nas curvas de potência e de deslocamento previstos pelo soldador de ultra-sons. Essencialmente, os diferentes eventos nas curvas de potência e o deslocamento durante a fase do processo de soldagem por vibração can estar relacionada com as mudanças físicas que ocorrem no diretor de energia e os substratos TPC durante o aquecimento ^2. Por conseguinte, e como se mostra na Figura 2, a fase do processo de soldagem por vibração pode ser dividido nas seguintes etapas 5 ^2:

Fase 1, caracterizado por aumento contínuo da potência dissipada até um máximo é atingido e pequena retracção do sonotrodo para acomodar a vibração. Na fase 1 aquecimento do diretor de energia sem quaisquer alterações físicas observáveis ​​na interface de soldagem ocorre. Fase 2, caracterizado pela redução da potência e sem deslocamento significativo do sonotrodo. Na fase 2 o diretor de energia plana começa a derreter localmente como uma nucleação hot-spot e processo de crescimento. Fase 3, caracterizada por aumento de potência e deslocamento para baixo do sonotrodo. Na fase 3, o director de energia completo é fundido e começa a fluir sob o efeito da força de soldadura. Fase 4, caracterizado por umplateau de alimentação e deslocamento para baixo do sonotrodo. Na fase 4, a matriz nas camadas superiores dos suportes compósitos começa a derreter localmente junto com o fluxo de aperto do director de energia. Stage 5, caracterizada pela diminuição do poder e deslocamento para baixo do sonotrodo. Na fase 5 de fusão da matriz nos substratos é predominante.

A maior resistência de solda ocorre durante a fase de fusão uma vez que 4 da matriz nas camadas superiores dos suportes compósitos permite a difusão de cadeias de polímero através da interface de soldadura e, por conseguinte o entrelaçamento molecular entre os dois substratos. Este emaranhamento molecular desenvolve uma forte ligação que resulta na ruptura da fibra durante os testes de uma única volta, como pode ser visto na Figura 5. Para além desta fase óptimo, fusão excessiva da matriz nos suportes compósitos resulta em distorção fibra significativa na interface de soldadura, que se acredita para causar uma queda na Streng soldath ^4. Os resultados apresentados na Figura 6, as quais correspondem a uma combinação específica de força de soldadura e amplitude de vibração, o apoio desta discussão. Deve-se notar que a força diferente combinação / amplitude resultaria na saída diferente do processo de soldadura, em termos de potência máxima e o consumo de energia, bem como a duração da fase de vibração ^2. No entanto, o método para determinar o valor de viagem ideal é independente da força escolhida / combinação amplitude ^4.

Com relação ao terceiro pilar, solda controlado por deslocamento resultou em relativamente baixa dispersão na aparente resistência ao cisalhamento colo de juntas soldadas nas condições ideais. Acredita-se que resultam do facto de todas as amostras foram consistentemente soldadas na mesma fase (isto é, fase 4) na fase do processo de vibração), como mostrado na Figura 4. A Figura 7 indica que setempo tinha sido utilizada como o parâmetro de controlo para o processo de soldadura, uma dispersão mais elevada nos valores de resistência poderia ter sido esperado devido à sobreposição significativa nos tempos de viagem para diferentes valores de vibração. De acordo com a Figura 8 e aos resultados apresentados na literatura ^12, a energia é uma opção melhor do que o tempo que o parâmetro de controle. No entanto, a energia de soldadura é altamente dependente da espessura dos substratos e natureza do gabarito de soldadura e, portanto, o valor de energia óptima muda significativamente quando qualquer destas duas variáveis ​​alterar ^4. Contrariamente, o deslocamento do sonotrodo está directamente relacionada com o fluxo de aperto do director de energia e de matriz, na interface de soldadura e, portanto, pode esperar-se ser menos sensível a alterações em qualquer das variáveis ​​acima mencionadas ^4.

O novo método descrito neste trabalho permite near-field simples de soldagem ultra-sônica de comp termoplásticocupons osite para testes de colo de corte único. Os resultados apresentados referem-se a soldadura de materiais compósitos CF / PEI mas o mesmo método foi aplicado com êxito a outros compósitos termoplásticos reforçados, tais como sulfureto de CF / polyphenyplene (PPS) ^8. Como descrito no artigo, o método é aplicável directamente para a soldadura de uma geometria muito específica, no entanto, no caso de uma geometria de soldadura diferentes é considerado, existem três pontos críticos, que necessitam de ser tidos em conta. Em primeiro lugar, o aumento da área de contacto entre as peças a soldar tem um impacto directo sobre a potência máxima dissipada durante o processo de soldagem. Por conseguinte, a área máxima que pode ser soldada de uma só vez é limitada pela potência máxima entregue pelo soldador de ultra-sons. Em segundo lugar, o método descrito neste artigo considera fluxo irrestrito do diretor de energia fundida dos quatro bordas da sobreposição de soldagem. Uma configuração diferente de soldadura pode, no entanto, restringir o fluxo do polímero. estepode-se esperar que ter um impacto sobre a evolução do deslocamento do sonotrodo durante o processo de soldadura e, provavelmente, impor limitações à soldadura controlado por deslocamento. Em terceiro lugar, se a espessura das peças é tal que a distância entre o sonotrodo para a interface de soldadura é superior a 6 mm, considerações específicas de campo distante soldadura ultra-sónica deverá ser contabilizado. No entanto, o método apresentado no presente documento pode ser considerado como uma base para o desenvolvimento de procedimentos de soldadura ultra-sónica para a montagem de estruturas de compósitos termoplásticos reais. As principais novidades e vantagens deste método são simplificadas de processamento devido ao uso dos directores de energia plana soltas e a utilização dos dados fornecidos pelo soldador para definir rapidamente o tempo óptimo da vibração para diferentes combinações de força e amplitude. Em comparação com processos de tentativa-e-erro actuais, a definição dos parâmetros de processo com base em dados do processo tem o potencialpara oferecer uma economia significativa no tempo e esforço necessário para desenvolver processos de soldagem para aplicações específicas.

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.