31296

بررسي پارامترهاي فرآيند جوش پيوسته فراصوتي كامپوزيت هاي ترموپلاستيك

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/03/22

دكتر رضوان عابديني

دكتر هادي قرباني

مهندسي مكانيك

كامپوزيتهاي زمينه پليمري شامل دو دسته كامپوزيتهاي گرمانرم و گرماسخت مي‌باشند. كامپوزيت‌هاي گرمانرم به دليل ويژگي‌هاي برتر مانند مقاومت به ضربه بالاتر، آسيب شكيبي بالاتر، قابليت ذوب و انجام فرآيند مجدد، منجر به خلق روش‌هاي منحصر بفرد ساخت و اتصال‌دهي نويني شده‌اند كه در مقايسه با روش‌هاي ساخت كامپوزيت‌هاي گرماسخت بسيار سريع‌تر مي‌باشند و سبب افزايش بهره وري خواهند شد. جوشكاري پيوسته فراصوتي كامپوزيت‌هاي گرمانرم كه موضوع اصلي اين پژوهش بوده است، به عنوان يك روش نوين اتصال‌دهي داراي ويژگي‌هايي مانند سرعت و استحكام بالا، قابليت اتوماسيون و پايش برخط فرآيند مي‌باشد. در اين پژوهش با هدف مطالعه تجربي فرآيند جوشكاري پيوسته فراصوتي كامپوزيت‌هاي گرمانرم، ابتدا اقدام به ساخت دستگاه جوشكاري پيوسته فراصوتي مواد كامپوزيت شد؛ سپس با ساخت كامپوزيت پلي آميد 6 تقويت شده با الياف پيوسته شيشه، نمونه‌هاي كامپوزيتي، آماده براي جوشكاري شدند؛ در ادامه با درنظر گرفتن سه پارامتر اصلي توان جوشكاري، سرعت پيشروي و فشار جوشكاري به عنوان پارامترهاي ورودي و استحكام برشي جوش به عنوان پارامتر خروجي، با استفاده از روش سطح پاسخ، آزمايش‌هاي جوشكاري پيوسته فراصوتي بر اساس طرح مركب مركزي، طرح ريزي شدند. پس از اجراي آزمايش‌هاي جوشكاري، بر اساس استانداردهاي موجود، آزمون استحكام برشي اتصال لبه بر روي لبه، بر روي نمونه‌هاي جوش داده شده، اجرا شد و مدل رياضي مناسب به منظور پيش بيني استحكام برشي اتصال جوش پيوسته فراصوتي بدست آورده شد. در نهايت به منظور بررسي كيفيت جوش و توجيه رفتارهاي مشاهده شده در فرآيند جوشكاري پيوسته فراصوتي مواد كامپوزيت، اقدام به بررسي ميكروسكوپي سطوح شكست اتصال و سطح مقطع همپوشاني صفحات كامپوزيت، با استفاده از ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكترون روبشي شد. بر اساس نتايج حاصل از تحليل واريانس در نرم افزار ديزاين اكسپرت، برهم‌كنش توان– فشار بيشترين تاثير را بر استحكام برشي جوش پيوسته فراصوتي داشته و فاكتورهاي فشار و برهم‌كنش توان- سرعت ناموثر شناخته شدند. وجود درصد زيادي از الياف و مشاهده مكانيزم‌هاي خرابي الياف در سطح شكست اتصالات، نشان از ايجاد جوشي با نفوذ، يكنواختي و استحكام بالا دارد.

1403/07/16

Investigation The Parameters of Continuous Ultrasonic Welding Process in the Thermoplastic Composites

1/1/1900 12:00:00 AM

Polymer matrix composites include two categories of thermoplastic and thermoset composites. Thermoplastic composites, due to their superior features such as higher impact resistance, higher damage tolerance, ability to melt and reprocess, have led to the creation of new unique manufacturing and joining methods, which are much faster compared to thermoset composite manufacturing methods and will increase productivity. Continuous ultrasonic welding of thermoplastic composites, which was the main subject of this research, as a new joining method, has features such as high speed and strength, automation capability and in-situ monitoring of the process. In this research, with the aim of experimentally studying the process of continuous ultrasonic welding of thermoplastic composites, first, the creation of a continuous ultrasonic welding machine for composite materials was conducted; Then, by making polyamide 6 reinforced with continuous glass fibers composite, the composite samples were ready for welding; In the following, considering the three main parameters of welding power, speed and pressure as input parameters and welding shear strength as output parameter, continuous ultrasonic welding tests were planned based on the central composite design using the response surface method. After the welding tests, based on the existing standards, the lap shear strength test was performed on the welded samples and the appropriate mathematical model was obtained to predict the shear strength of the continuous ultrasonic weld joint. Finally, in order to investigation the welding quality and justify the behaviors observed in the continuous ultrasonic welding process of composite materials, a microscopic examination of the connection fracture surfaces and the overlapping cross-section of the composite plates was carried out using optical and scanning electron microscopes. Based on the results of analysis of variance in Design Expert software, power-pressure interaction had the greatest effect on the shear strength of continuous ultrasonic welding, and pressure factor and power-speed interaction were found to be ineffective. The presence of a large percentage of fibers and the observation of the failure mechanisms of the fibers at the fracture surface of the joints indicate the creation of a weld with penetration, uniformity and high strength.

كامپوزيت گرمانرم , جوش پيوسته فراصوتي , طراحي مركب مركزي , الياف پيوسته تك جهته , بررسي ميكروسكوپي

thermoplastic composite , continuous ultrasonic welding , Central composite design , Unidirectional continuous fiber , Microscopic examination

Mohammad Ali Zamani

Dr. Rezvan Abedini