Saldatura di materiali compositi: 5 processi

Questo articolo getta luce sui cinque principali processi utilizzati per fabbricare materiali compositi nei componenti desiderati. I processi sono: 1. Saldatura ad induzione 2. Saldatura ad ultrasuoni 3. Saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW) 4. Saldatura a resistenza 5. Incollaggio a fusione.

Processo n. 1. Saldatura ad induzione:

In questo processo un nucleo di induttore toroidale a ferita modificata, come mostrato nella figura 22.24, viene utilizzato per trasferire il flusso magnetico attraverso il termoplastico a uno schermo di acciaio al carbonio posto tra i due pezzi da unire. Il traferro nel toroide dirige il flusso magnetico dal toroide allo schermo.

Il traferro del toroide viene posizionato su una delle superfici di plastica su entrambi i lati dello schermo per fondere e fluire nello schermo e formare il giunto. Il toroide viene spostato lungo la giunzione alla velocità controllata per produrre una saldatura. La potenza richiesta è di 25 - 100 W che può essere ottenuta con l'uso di una batteria o di energia solare. Questo processo può essere utilizzato nell'industria aerospaziale, automobilistica, dei mobili e delle costruzioni.

Processo n. 2. Saldatura ad ultrasuoni:

Le teste di saldatura ad ultrasuoni che impiegano un segnale di potenza a 20 KHz sono state utilizzate per saldare fasci di materiali termoplastici compositi leggeri (Gr-Ps) nello space shuttle. La vibrazione del sonotrodo riscalda rapidamente la resina termoplastica allo stato fluido viscoso e le parti vengono serrate insieme per saldare: un tipico ciclo di saldatura richiede un secondo per l'eccitazione e mezzo secondo per il raffreddamento. Il processo sembra avere buone potenzialità per l'uso futuro nella saldatura di materiali compositi.

Processo n. 3. GTAW:

Questo processo è stato utilizzato per la saldatura di materiali compositi come Ti-W e Ti-Gr, in configurazione a calcio quadrato sia in modalità manuale che meccanizzata. Nel sistema di fibre Ti-Gr il carburo formato attorno a ciascun filamento di grafite come risultato della fusione porta al miglioramento della resistenza alla trazione nell'articolazione.

I risultati hanno dimostrato che i compositi B-A1 possono essere saldati senza danneggiare gravemente i filamenti di boro. Il metallo di apporto può anche essere aggiunto per mescolarsi con la matrice di alluminio per alterare significativamente la sua composizione chimica. Per una futura futura applicazione di GTAW ai compositi B-A1 è essenziale trovare i mezzi per controllare i prodotti di reazione durante la saldatura. L'arco al plasma manuale e EBW non hanno molto successo per l'unione di compositi B-A1 a causa di reazioni metallurgiche eccessive tra A1 e boro che portano a una bassa forza articolare.

Sono stati fatti anche tentativi per saldare i compositi Al-Gr di GTAW, ma hanno portato alla formazione di carburo di alluminio sulla superficie delle fibre.

Processo n. 4. Saldatura a resistenza:

I programmi di saldatura a punti resistivi sono stati sviluppati per la saldatura di materiali compositi B- A1 con impostazioni di corrente inferiori a quelle utilizzate per A1 ma a circa il doppio della pressione dell'elettrodo per impedire l'espulsione del materiale della matrice. Tuttavia, per la pressione della saldatura del cordone utilizzata è inferiore per evitare la rottura del filamento.

Il composito Gr-Ps può anche essere saldato a punti con successo. Per un composito Gr-Ps al 36% in peso di polisulfone, la forza articolare raggiunta è di circa 8, 3 MPa.

I compositi Gr-A1 sono stati saldati con successo tra loro e con altre leghe di alluminio utilizzando una lamina 0 08 mm di 88% A1 + 12% Si come materiale di apporto.

Processo n. 5. Incollaggio a fusione :

Alcune tecniche di incollaggio a fusione sono state utilizzate con successo per unire strutture termoplastiche rinforzate con fibre. Una di queste tecniche impiegava a collocare fili resistivi all'interfaccia di legame a cui era applicato il potenziale desiderato. Il filo riscaldato addolciva il polisulfone rinforzato con fibre che si fondeva e formava il giunto. In un altro approccio, è stato usato uno schermo in acciaio inossidabile a 80 mesh come resistenza di riscaldamento per influenzare un legame sotto una pressione di circa 70 MPa.

Il legame di diffusione è stato anche usato con successo per unire B-Al ad altre leghe di Al. Anche le pale del ventilatore di turbina del motore aereo di Ti-6A1-4V sono state localmente irrigidite mediante incollaggio per diffusione con un inserto di composito Ti-6A1-4V-50B. Le future applicazioni del bonding di diffusione includono stenosi compositi (riempite, laminari, cellulari e metallo e / o ceramiche) e strutture ibride.

La saldatura della ceramica sta diventando un campo affascinante in quanto ha vaste potenzialità per un uso futuro. Oltre al metodo di compattazione isostatica per la produzione di ceramica, anche la saldatura ad attrito è stata utilizzata con successo per unire metalli e ceramiche.