Svetsning av kompositer: 5 Processer

Denna artikel lyfter fram de fem huvudprocesser som används för att tillverka kompositer i önskade komponenter. Processerna är: 1. Induktionssvetsning 2. Ultraljudsvetsning 3. Gas Tungstenbågsvetsning (GTAW) 4. Motståndssvetsning 5. Fusionsbindning.

Process # 1. Induktionssvetsning:

I denna process används en modifierad sårtornoid induktorkärna, såsom visas i fig 22.24, för att överföra magnetflöde genom termoplasten till en kolstålskärm placerad mellan de två bitar som skall förenas. Luftgapet i toroiden styr det magnetiska flödet från toroid till skärmen.

Toroidens luftgap placeras på en av plastytorna på vardera sidan av skärmen för att smälta och strömma in i skärmen och bilda fogen. Toroiden flyttas längs sömmen vid den kontrollerade hastigheten för att producera en svets. Strömkraften är 25 - 100 W som kan erhållas med hjälp av batterier eller solkraft. Denna process kan användas inom flyg-, bil-, möbel- och byggindustrin.

Process # 2. Ultraljudsvetsning:

Ultraljudsvetshuvud som använder 20 KHz-effektsignal har använts för att svetsa lättviktskomposittermoplast (Gr-Ps) strålar i rymdfärjan. Vibrationen hos sonotroden värmer snabbt termoplastiskt harts till det viskösa vätskeformiga tillståndet och delarna kläms samman för att svetsa. En typisk svetscykel kräver en sekund för excitation och en halv sekund för kylning. Processen verkar ha goda potentialer för framtida användning vid svetsning av kompositer.

Process # 3. GTAW:

Denna process har använts för svetsning av kompositmaterial som Ti-W och Ti-Gr, i fyrkantskonfiguration både i manuella och mekaniserade lägen. I Ti-Gr fiberkarbid bildad kring varje grafitfilament som ett resultat av fusion leder till ökad draghållfasthet vid fogen.

Resultat har visat att B-A1-kompositer kan svetsas utan att skada borfilamenten allvarligt. Fyllnadsmetall kan också tillsättas för att blandas med aluminiummatrisen för att ändra sin kemiska sammansättning väsentligt. För framgångsrik framtida applicering av GTAW på B-A1-kompositer är det viktigt att hitta medel för att kontrollera reaktionsprodukter vid svetsning. Manuell plasmabue och EBW är inte särskilt framgångsrika för anslutning till B-A1-kompositer på grund av överdrivna metallurgiska reaktioner mellan A1 och bor, vilket leder till låg gemensam styrka.

Försök har också gjorts för att svetsa Al-Gr kompositer av GTAW men resulterade i bildningen av Al-karbid på fiberytans yta.

Process # 4. Motståndsvetsning:

Motståndssvetsscheman har utvecklats för svetsning av B-A1-kompositer med nuvarande inställningar lägre än de som används för A1 men vid ungefär dubbelt elektrodtryck för att förhindra utmatning av matrismaterial. För sämsvetsningstryck används emellertid lägre för att undvika filamentbrott.

Gr-Ps komposit kan också bli punktsvetsad framgångsrikt. För en Gr-Ps-komposit vid 36 viktprocent polysulfon uppnås en styrka på 8, 3 MPa.

Gr-A1-kompositer har framgångsrikt blivit svetsade mot varandra och andra Al-legeringar med 0 08 mm folie av 88% A1 + 12% Si som fyllnadsmaterial.

Process # 5. Fusion Bonding :

Vissa fusionsbindningstekniker har framgångsrikt använts för sammanfogning av fiberförstärkta termoplaststrukturer. En sådan teknik användes för att placera motståndstrådar vid bindningsgränssnittet till vilket den önskade potentialen applicerades. Den uppvärmda tråden mjukade den fiberförstärkta polysulfonen som smälte och bildade fogen. I ett annat tillvägagångssätt användes 80 mesh rostfritt stålskärm som en motståndsvärmare för att påverka en bindning under ett tryck av ca 70 MPa.

Diffusionsbindning har också framgångsrikt använts för att ansluta B-Al till andra Al-legeringar. Även flygbladsturbinmotorns fläktblad av Ti-6A1-4V har lokaliserats lokalt genom diffusionsbindning med ett inlägg av Ti-6A1-4V-50B-komposit. Framtida tillämpningar av diffusionsbindning innefattar sammansatta strängar (fyllda, laminära, cellulära och metall- och / eller keramiska) och hybridstrukturer.

Svetsning av keramik blir ett fascinerande fält eftersom det har stora potentialer för framtida bruk. Förutom isostatisk komprimeringsmetod för att bilda keramik har friktionssvetsning också framgångsrikt använts för att gå med i metaller och keramik.