Saldatura ad ultrasuoni di tagliandi termoplastico composito per la caratterizzazione meccanica dei giunti saldati attraverso singolo giro Shear Test

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di produrre giunti compositi termoplastici per prove meccaniche di base utilizzando direttori di energia semplificati, parametri di saldatura ottimali rapidamente definiti e controllo dello spostamento per una qualità di saldatura costante. Questo metodo aiuta a rispondere a domande chiave nell'area dell'unione di compositi, come ad esempio qual è la resistenza che ci si può aspettare da un giunto saldato e da un composito plastico. Il vantaggio principale di questa tecnica è che produce tagliandi saldati costanti di alta qualità dopo una rapida definizione dei parametri di saldatura ottimali.

Per questa procedura, disporre di una saldatrice a ultrasuoni controllata da microprocessore in grado di funzionare ad un'ampiezza costante. Il saldatore deve inviare a un computer i dati di processo, come la potenza dissipata e lo spostamento del sonotrodo rispetto al tempo. Questa dimostrazione utilizza una maschera personalizzata progettata per posizionare e bloccare con precisione campioni di sheer a giro singolo.

Accendere la saldatrice a ultrasuoni e accedere al computer. Prima di ogni esperimento, registrare i seguenti parametri: temperatura e umidità della stanza, riferimento della configurazione di saldatura, tipo di sonotrodo, numero di campioni e materiale, larghezza e spessore dei campioni superiore e inferiore e spessore del direttore di energia. Avviare il software di acquisizione dati e aprire una nuova sessione.

Questa dimostrazione utilizza un sonotrodo cilindrico di 40 millimetri di diametro. I passaggi successivi consistono nell'aggiungere i campioni e il direttore dell'energia. Per prima cosa, pulire i campioni e il direttore dell'energia.

Quindi, fissare con nastro adesivo il direttore di energia piatto al campione inferiore. Dovrebbe coprire un'area leggermente più grande dell'area da saldare. Quindi, posizionare e allineare il campione inferiore nella maschera.

E, bloccalo stringendo la vite superiore. Quindi, fissa l'altra estremità del direttore di energia alla base dell'impianto utilizzando del nastro adesivo. Quindi, posizionare il campione superiore nel morsetto e allinearlo.

Ora, stringi la vite superiore. Quindi, posizionare il morsetto per il campione superiore nella piattaforma scorrevole e serrare entrambe le viti. Prima di procedere con la saldatura, serrare nuovamente tutte e quattro le viti.

Per ottenere la massima resistenza alla saldatura, è necessario determinare la durata ottimale della fase di vibrazione in base allo spostamento del sonotrodo. Questa durata deve essere determinata per ogni combinazione di forza di saldatura e ampiezza di vibrazione. Inizi impostando la modalità di controllo della saldatrice a ultrasuoni sullo spostamento differenziale.

Quindi, inserire la forza di saldatura e l'ampiezza della vibrazione. Si prega di notare che nell'impostazione di questa macchina, l'ampiezza è espressa come metà del valore di ampiezza picco-picco. Ora, inserire lo spostamento o la corsa del sonotrodo alla fine della fase di vibrazione.

Utilizzare un valore pari allo spessore iniziale del direttore di energia, che in questo caso è zero virgola due cinque millimetri. Quindi, inserire la forza di solidificazione e il tempo di solidificazione. In questo esempio, questi valori sono 1.000 Newton e 4.000 millisecondi.

Dopo aver inserito queste impostazioni, il sistema è pronto per eseguire saldature a ultrasuoni. Indossa occhiali protettivi, cuffie insonorizzate e avvia il processo. Dopo aver completato una saldatura, prendere nota dei seguenti parametri di uscita: energia di vibrazione, potenza massima e distanza di saldatura.

Quindi, rimuovere il tagliando dalla configurazione di saldatura ed etichettarlo su entrambe le estremità con un numero di identificazione, utilizzando un pennarello a vernice. Ora, esporta i dati di saldatura in un foglio di calcolo e traccia la potenza e lo spostamento rispetto al tempo durante la fase di vibrazione del processo. Si noti che questa curva traccia lo spostamento verso il basso del sonotrodo rispetto alla sua posizione all'inizio della fase di vibrazione.

Dalle curve, identificare lo spostamento al centro del plateau di potenza. Questo valore di spostamento è la corsa ottimale che controlla la durata della fase di vibrazione per saldature ad alta resistenza. Utilizzare questo valore di corsa ottimale in ogni saldatura successiva per la stessa forza e ampiezza di saldatura.

Dopo aver completato tutte le saldature, testare la loro resistenza alla pura a giro singolo seguendo lo standard di prova ASTM D1002 o uno standard simile e utilizzare una macchina di prova universale. I campioni compositi in polieterimmide rinforzata con fibra di carbonio con uno spessore nominale di un punto nove e due millimetri sono stati saldati utilizzando il metodo descritto. Sono stati utilizzati direttori di energia piatti in polieterimmide con punto zero di due cinque millimetri di spessore.

Il valore ottimale della corsa per una forza di saldatura di 300 Newton e un'ampiezza picco-picco di 86,2 micron è stato calcolato come il 40% dello spessore iniziale del direttore di energia. Per convalidare la corsa ottimale calcolata, i campioni sono stati saldati a diversi valori di corsa e successivamente testati. Per ogni valore sono state effettuate cinque saldature.

La forza di percorrenza apparente raggiungeva il picco del 40% dello spessore iniziale del direttore di energia, che era, in effetti, il valore di corsa ottimale calcolato. Le superfici di frattura dei campioni testati mostravano aree saldate complete, il che dimostra la capacità del direttore di energia piatto di saldare l'area di saldatura prevista. Infine, la saldatura a spostamento controllato ha portato a una qualità di saldatura altamente costante, come dimostrato dalla bassa dispersione nel valore di resistenza.

Si prevede che una strategia diversa, come la saldatura a tempo controllato, comporti un'elevata dispersione, come suggerito dalla significativa sovrapposizione dei tempi di vibrazione per diversi valori di corsa e, quindi, diversi livelli di resistenza. Dopo aver visto questo video, dovresti sapere come realizzare giunti saldati ad ultrasuoni in compositi termoplastici con una qualità ottimale. Questo metodo è destinato ai test meccanici di base, con direttori di energia semplificati e definizione semplificata dei parametri di processo.

Una volta padroneggiati, la definizione dei parametri di saldatura ottimali e la saldatura di un lotto di campioni possono essere eseguiti in meno di due ore se eseguiti correttamente. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi, come la microscopia a sezione trasversale, per rispondere a ulteriori domande, come lo spessore della linea di saldatura o l'estensione delle zone termicamente alterate.