28044

بهينه سازي پارامترهاي فرآيند جوشكاري فراصوتي كامپوزيت ترموپلاست

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- ساخت و توليد ـ ماشين ابزار

1399

1401/11/30

رضوان عابديني - رامين هاشمي

مهندسي مكانيك

كامپوزيت‌هاي پايه پليمري به دليل وزن كم، استحكام بالا، روش ساخت آسان، مقاومت در برابر خوردگي و خواص مكانيكي مطلوب، جايگزين مناسبي براي فلزات مرسوم در صنايع مي‌باشند. در اين پايان‌نامه يكي از روش‌هاي اتصال جوش كامپوزيت¬هاي پايه پليمري به نام جوش فراصوتي (التراسونيك) بررسي شده است. جوشكاري فراصوتي يكي از فرآيند¬هاي نوين جوشكاري است كه با اعمال ارتعاشات با فركانس بالا (15 تا 100 كيلوهرتز) و توان بالا (100-2000 وات) به فصل مشترك دو قطعه، باعث جوش خوردن محل اتصال مي¬شود. در اين تحقيق جوش فراصوتي روي نمونه‌هاي كامپوزيت ترموپلاست پيش‌آغشته شيشه پلي آميد 6 و كربن پلي آميد 6 انجام شد و به بررسي تاثير پارامترهاي جوش بر روي استحكام جوش نهايي پرداخته شد. در بين پارامترهاي تاثيرگذار ورودي فرآيند زمان ، توان و فشار جوشكاري انتخاب شدند. با روش طراحي آزمايش سطح پاسخ (RSM)، طراحي آزمايش انجام شد و مقادير پارامترهاي ورودي مشخص شد. طبق طراحي آزمايش، جوش‌هاي فراصوتي نمونه‌ها انجام شد و سپس مورد آزمون كشش-برش قرار گرفتند. نتايج حاصل از طراحي آزمايش نشان داد پارامتر توان و زمان بسيار موثرتر از پارامتر فشار بودند و با افزايش زمان و توان تا مقدار مشخصي، استحكام جوش افزايش مي‌يابد. سپس مقادير بهينه پارمترها مشخص شد و با استفاده از آزمون تجربي صحت‌سنجي شدند. نتايج نشان داد استفاده از لايه واسط (پليمرخالص پلي آميد 6) باعث افزايش استحكام جوش و بهبود خواص جوش گرديده است. در بررسي انرژي جوش مشخص شد، استحكام جوش و انرژي جوش تا مقداري مشخص از انرژي جوش رابطه مستقيم دارند و با افزايش انرژي جوش، استحكام جوش افزايش مي‌يابد. در مقايسه استحكام اتصال جوش فراصوتي با چسب‌ها، مقادير بسيار متفاوت بود و استحكام جوش فراصوتي به مراتب بيشتر از چسب‌هاي رايج در صنعت كامپوزيت بود.

1402/01/09

Process Parameters Optimization in Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite

2/19/2024 12:00:00 AM

Due to their light weight, high strength, easy manufacturing method, corrosion resistance and favorable mechanical properties, polymer-based composites are a suitable alternative to conventional metals in industries. In this thesis, one of the methods of welding polymer-based composites, called ultrasonic welding, has been investigated. Ultrasonic welding is one of the new welding processes that by applying high-frequency (20-100 kHz) and high-power (100-2000 W) vibrations to the interface of two parts, causes welding of the joint. In this research, ultrasonic welding was performed on thermoplastic composite samples pre-impregnated with glass polyamide 6 and carbon polyamide 6, and the effect of welding parameters on the strength of the final weld was investigated. Welding time, power and pressure were selected among the influential input parameters of the welding process. With the response surface test design method (RSM), the test design was carried out and the values of the input parameters were determined. According to the design of the experiment, ultrasonic welding of the samples was done and then they were subjected to tensile-shear test. The results of the experiment design showed that the power and time parameters were much more effective than the pressure parameters, and with the increase of time and power up to a certain value, the welding strength increases. The optimal values of the parameters were determined and validated using experimental tests. The results showed that the use of the intermediate layer (pure polyamide 6 polymer) increased the welding strength and improved the welding properties. In the investigation of welding energy, it was found that welding strength and welding energy have a direct relationship up to a certain amount of welding energy, and with the increase of welding energy, welding strength increases. Comparing the bond strength of ultrasonic welding with adhesives, the values were very different and the strength of ultrasonic welding was much higher than the common adhesives in the composite industry.

جوشكاري فراصوتي , كامپوزيت پلي‌آميد6 , كامپوزيت ترموپلاست , كامپوزيت شيشه پلي آميد 6 , كامپوزيت كربن پلي آميد 6

Ultrasonic Welding , Polyamide 6 Composite , Thermoplastic Composite , Carbon Polyamide 6 Composite , Glass Polyamide 6 Composite

Mojtaba Abedini

Dr. Rezvan Abedini