Soudage par ultrasons des Coupons composite thermoplastique pour la caractérisation mécanique des joints soudés par des tests de cisaillement de recouvrement simple

Summary

Une procédure simple de soudage par ultrasons de coupons composites thermoplastiques pour les essais mécaniques de base est décrite. Les principales caractéristiques de ce procédé de soudage par ultrasons sont l’utilisation de directeurs d’énergie plats pour une préparation simplifiée du processus et l’utilisation de données de processus pour la définition rapide des conditions d’usinage optimales.

Abstract

Cet article présente une nouvelle méthode simple pour le soudage par ultrasons de coupons composites thermoplastiques dans des conditions de traitement optimales. Le procédé de soudage par ultrasons décrit dans cet article repose sur trois piliers principaux. Tout d’abord, les directeurs d’énergie plats sont utilisés pour la génération de chaleur préférentielle à l’interface d’assemblage pendant le processus de soudage. Un directeur d’énergie plat est un film de résine thermoplastique soigné qui est placé entre les pièces à assembler avant le processus de soudage et qui chauffe préférentiellement en raison de sa rigidité à la compression plus faible par rapport aux substrats composites. Par conséquent, les directeurs d’énergie plats offrent une solution simple qui ne nécessite pas de moulage de protubérances de résine sur les surfaces des substrats composites, contrairement au soudage par ultrasons de plastiques non renforcés. Deuxièmement, les données de processus fournies par la soudeuse par ultrasons sont utilisées pour définir rapidement les paramètres de soudage optimaux pour toute combinaison de matériaux composites thermoplastiques. Troisièmement, le contrôle du déplacement est utilisé dans le processus de soudage pour assurer une qualité constante des joints soudés. Selon cette méthode, les coupons plats en composite thermoplastique sont soudés individuellement dans une configuration à un seul tour. Les essais mécaniques des coupons soudés permettent de déterminer la résistance apparente au cisaillement par recouvrement des joints, qui est l’une des propriétés les plus couramment utilisées pour quantifier la résistance des joints soudés en composite thermoplastique.

Introduction

composites thermoplastiques (PTC) ont la possibilité d'être soudé, ce qui contribue à leur fabrication rentable. Soudage nécessite un chauffage local sous pression pour ramollir ou fondre la résine thermoplastique des surfaces d'assemblage et pour permettre un contact intime et après interdiffusion des chaînes de polymères thermoplastiques à travers l'interface de soudure. Une fois inter-diffusion moléculaire est réalisée, le refroidissement sous pression consolide le joint soudé. Plusieurs techniques de soudage sont applicables aux composites thermoplastiques qui diffèrent principalement dans la source de chaleur ^1, cependant, le principal méc....

Protocol

1. Echantillon de coupe et la préparation au soudage par ultrasons

1. Couper des échantillons rectangulaires mesurant 25,4 mm x 101,6 mm à partir d'un stratifié composite thermoplastique plus grande en utilisant une technique de coupe qui empêche le délaminage des bords des échantillons (par exemple, des scies à diamant ou la découpe au jet d'eau).
   Remarque: Les dimensions des échantillons sont basés sur la norme ASTM D 1002 standard.
   1. Depuis résistance des joints soudés dépend de l'orientation des fibres sur les surfaces à souder ^10, prendre soin de couper tous les échantillons dans la même orientation.
2. Ap....

Results

fibre de carbone renforcée polyétherimide (CF / PEI) échantillons ont été soudées suivant la méthode décrite dans le présent document. Les échantillons ont été obtenus à partir d'un stratifié composite fabriqué à partir de cinq harnais CF de tissu satiné / PEI, avec (0/90) _3S séquence d'empilement et de 1,92 mm d'épaisseur nominale. Des échantillons ont été découpés à partir de ce stratifié de sorte que le ressort principal d'orientation des fibres est parallèle à leur plus gr.......

Discussion

Les résultats présentés dans la section précédente indiquent la pertinence de la méthode simple proposée dans le présent document pour le soudage par ultrasons de coupons au tour thermoplastiques composites simples à des fins de tests mécaniques. Les paragraphes suivants traitent de la façon dont les résultats valident les trois principaux piliers de la méthode, à savoir, l'utilisation de plates directeurs d'énergie en vrac, l'utilisation de la rétroaction de processus pour définir la durée optimale.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Matériau/Réactif
Fibre de carbone Cetex / polyétherimide (CF/PEI) 5 harnais satiné préimprégné	TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)	Contacter le fournisseur	Matériau utilisé dans cette étude pour les échantillons.
Dégraissant à solvant PFQD	PT Technologies Europe (aujourd’hui Socomore - www.socomore.com)	Contacter le fournisseur	Dégraissant à solvant pour le nettoyage des échantillons et les directeurs d’énergie.
Chiffons en			Pour le nettoyage général. Aucun fournisseur spécifique n’a été utilisé.
Film PEI 0,25 mm	TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)	Contacter le fournisseur	Film mince utilisé comme directeur de l’énergie.
Ruban adhésif	Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)	1" x 72 yds MFG # 327402 Contacter le fournisseur pour le numéro de catalogue	Utilisé pour fixer le directeur d’énergie à l’échantillon inférieur pour le soudage par ultrasons.
Name	Company	>Numéro de catalogue	Comments
>Equipment
Vö ; four tsch	Vö ; tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)	VTU 60/60 - Contacter le fournisseur pour le numéro de catalogue spécifique	Four utilisé pour sécher les films PEI (directeurs énergétiques) et les échantillons PEI avant le soudage.
Soudeuse par ultrasons Rinco Dynamic 3000	Aeson BV (www.aeson.nl/en/)	Contacter le fournisseur	soudage par ultrasons 20 kHz utilisée pour les expériences de soudage. Plusieurs tailles de sonotrode disponibles. Contactez le fournisseur pour plus de détails. Logiciel ACUCapture inclus.
Machine d’essai universelle Zwick/Roell	Zwick (www.zwick.com)	Z250 - Contacter le fournisseur pour un numéro de catalogue spécifique	Machine d’essai universelle avec une charge maximale de 250 kN utilisée pour les mesures de résistance au cisaillement sur un seul tour.