The authors would like to acknowledge the support of Ten Cate Advanced Materials in the form of free material supply to the work described in this paper.

1. Espécimen de corte y soldadura por ultrasonidos para la Preparación <ol><li> Cortar muestras rectangulares de 25,4 mm x 101,6 mm de un laminado de material compuesto termoplástico de mayor tamaño usando una técnica de corte que previene la deslaminación de los bordes de las muestras (por ejemplo, diamante de sierra o de corte por chorro de agua). Nota: Las dimensiones de las muestras se basan en ASTM D 1002 estándar. <ol><li> Desde resistencia de las juntas soldadas depende de la orientación de las fibras en las superficies a soldar 10, tener cuidado de cortar todas las muestras en la misma orientación. </li></ol></li><li> Después del corte, las muestras secas en un horno según las recomendaciones del fabricante en el caso de la resina termoplástica tiende a absorber la humedad (por ejemplo, 6 horas a 135 ° C para fibra de carbono de seis capas reforzada polieterimida, CF / PEI, las muestras). </li><li> Cortar directores de energía planos hechos de película termoplástica puro (misma resina que la matriz en el material compuesto) con el tamaño (aproximadamente 26 mm x 26 mm) con un espesor de al menos 0,25 mm. Si es necesario, se seca el director de energía siguiendo las recomendaciones del fabricante (por ejemplo, 1 hora a 135 ° C para el director de energía PEI). </li><li> Antes de la soldadura, inspeccionar muestras de uno en uno para las esquinas delaminados y descartar si es necesario. Limpiarlos utilizando un desengrasante y un paño de algodón. Limpiar los directores de energía planos siguiendo el mismo procedimiento. </li></ol> 2. La soldadura por ultrasonidos de una sola vuelta Cupones Shear Nota: Un aparato de soldadura ultrasónica controlada capaz de soldar a amplitud constante micro-procesador se utiliza en este paso. Los datos de proceso salidas soldador, como la energía disipada y el desplazamiento del sonotrodo en función del tiempo para el software de adquisición de datos en una computadora. Una plantilla hecha a la medida diseñados y fabricados para posicionar con precisión y sujetar muestras individuales vuelta de cizallamiento durante la soldadura por ultrasonidos se utiliza en este paso (ver Figura 1). Figura 1. ultrasonidos soldador y la configuración de la soldadura a la medida utilizada en este estudio 1:. Sonotrodo, 2: plataforma deslizante, 3: Abrazadera para la muestra de la parte superior (que se adjunta a 2), y 4: pinza para el espécimen inferiores (Reimpresión de referencia 4 con permiso de Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <ol><li> Llenar una hoja del cuaderno de la soldadura antes de cada experimento. <ol><li> Toma nota de los siguientes parámetros: la temperatura ambiente y la humedad, la referencia de instalación de soldadura, tipo sonotrodo, número de muestra y materiales, ancho y espesor de las muestras superior e inferior, y el grosor del director de energía. </li></ol></li><li> Encienda el aparato de soldadura ultrasónica y el ordenador. Ejecutar el software de adquisición de datos y abrir una nueva sesión. </li><li> Si no está ya en su lugar, cambiar la Sonotmontó a un sonotrodo cilíndrico con un diámetro de 40 mm de modo que su superficie inferior cubre completamente el área de soldadura. Nota: Una forma diferente de sonotrodo puede ser utilizado, pero su superficie inferior no debe ser menor que el área de soldadura. </li><li> Posición y fijar las muestras y director de energía en la plantilla de soldadura (véase la Figura 1). <ol><li> Adjuntar un director de energía plano para la muestra inferiores con cinta adhesiva para que cubra un área ligeramente mayor que el área a soldar (12,7 mm x 25,4 mm). </li><li> Coloque la muestra en la parte inferior plantilla y fijarlo enroscando el tornillo superior. </li><li> Tape el otro extremo del director de energía a la base de la configuración para que se mantenga en su lugar durante el proceso. </li><li> Coloque la muestra en la abrazadera superior, alinearlo y apretar el tornillo superior. </li><li> Coloque la abrazadera para la muestra superior en la plataforma deslizante y apriete los dos tornillos. </li><li> Antes de seguir adelante, apriete los cuatro tornillos una vez mmineral. </li></ol></li><li> Determinar la duración óptima de la fase de la vibración basado en el desplazamiento del sonotrodo para conseguir la mayor resistencia de la soldadura, como se describe en los pasos 2.5.1 a 2.5.8. Nota: Un duración óptima de la fase de la vibración se determina para cada combinación deseada de la fuerza de soldadura y amplitud de la vibración. <ol><li> Ajuste el aparato de soldadura ultrasónica a la diferencia de modo de control de desplazamiento. </li><li> De entrada de fuerza de soldadura y amplitud de la vibración en el aparato de soldadura ultrasónica (por ejemplo, 300 N y 86,2 micras). NOTA: Para este soldador ultrasónico, 86,2 micras corresponde a la amplitud de la vibración de pico a pico. En la configuración del equipo, que se expresa como la mitad de este valor, 43.1 micras. </li><li> Introducir el desplazamiento sonotrodo, o de viaje, al final de la fase de la vibración como un valor igual al espesor inicial de la director de energía (por ejemplo, 0,25 mm). </li><li> fuerza de entrada de la solidificación y el tiempo en el aparato de soldadura ultrasónica (por ejemplo, 1000N y 4,000 mseg). </li><li> Cuando esté listo, se puso los auriculares insonorizadas e iniciar el proceso de soldadura por ultrasonidos. </li><li> Después de la terminación del proceso, tomar nota de los siguientes parámetros de salida: la distancia de la soldadura, la potencia máxima, tiempo de vibración y la energía. Retirar el cupón de la configuración de soldadura y escribir su número de identificación en ambos extremos con un marcador de pintura. </li><li> Exportar los datos de soldadura (alimentación y desplazamiento del sonotrodo) a una hoja de cálculo y trazar el poder y el desplazamiento frente a las curvas de tiempo durante la fase de la vibración del proceso. Nota: La curva de desplazamiento debe trazar el desplazamiento hacia abajo del sonotrodo relación a su posición en el inicio de la fase de la vibración. </li><li> Identificar el desplazamiento en el medio de la meseta de potencia (etapa 4) como se muestra en la Figura 2 (en este caso, 0,10 mm). Nota: este valor de desplazamiento en particular es el recorrido óptimo que controla la duración de la fase de la vibración y la voluntadser utilizado en cada soldadura posteriores con la misma fuerza de soldadura y la amplitud. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> Figura 2. Potencia (negro) y las curvas (gris) de desplazamiento para el proceso de soldadura por ultrasonidos que indica valor de desplazamiento óptimo. La fase de la vibración de la soldadura por ultrasonidos se pueden dividir en 5 etapas. valor de desplazamiento óptima se encuentra dentro de la etapa 4. Caso de estudio: fibra de carbono reforzado con sustratos de polieterimida -PEI, director de energía PEI plana de 0,25 mm de espesor, 300 N Fuerza de soldadura, 86,2 m de amplitud de vibración, 0,25 mm de recorrido. (Tomado de la referencia 4 con permiso de Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <ol start="6"><li> cupones de soldadura en el valor de desplazamiento óptima de la fuerza de soldadura dado y combinatio amplitudnorte. <ol><li> Repita los pasos 2.1 a 2.5.6 para cada soldadura. En el paso 2.5.3, utilice el recorrido óptimo determinado en el paso 2.5.8 para la fuerza de soldadura correspondiente y la combinación de amplitud. Nota: Todas las pruebas LSS se realizan siguiendo la norma ASTM D 1002 en una máquina universal de ensayo con una velocidad de cruceta de 1,3 mm / min. </li></ol></li></ol> 3. sola vuelta Resistencia al cizallamiento (LSS) Ensayo de cupones con costura <ol><li> Medir y tomar nota de la anchura de la superposición de cada cupón soldado. </li><li> Encienda la máquina universal de ensayos y abrir el procedimiento de prueba para la LSS en el equipo. </li><li> En la interfaz de prueba, introduzca el número de la muestra y las dimensiones de la superposición. Establecer la fuerza a 0 y la separación de agarre de agarrar a su posición inicial (por ejemplo, 60 mm). </li><li> Coloque la muestra en las garras de la máquina de ensayo, como se muestra en la Figura 3. </li></ol><img alt="figura 3" src = &quot;/ files / ftp_upload / 53592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Vista esquemática de la sujeción en el Roell 250 kN máquina Zwick / prueba universal (no a escala). El desplazamiento de desplazamiento entre las mordazas superior e inferior permite la alineación de la dirección de la carga con la línea central de la soldadura para minimizar la flexión durante el cizallamiento vuelta prueba de resistencia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <ol start="5"><li> Iniciar el procedimiento de prueba desde el ordenador haciendo clic en el botón &quot;Inicio&quot;. </li><li> Después la muestra se rompe, eliminarlo de los agarres y asegure ambas partes juntas con cinta adhesiva. </li><li> Repita los pasos 3.3 a 3.6 con las demás muestras. </li><li> Cuando se hayan completado las pruebas, exportar los datos a una hoja de cálculo y calcular el valor medio LSS, de acuerdo con el procedimiento descrito en la norma, para cada fuerza de la soldadura y la combinación de amplitud. </li></ol>

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	<li>Yousefpour, A., Hojjati, M., Immarigeon, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fusion+bonding/welding+of+thermoplastic+composites.">Fusion bonding/welding of thermoplastic composites.</a> J Thermoplast Compos. 17, 303-341 (2004).</li><li>Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+monitoring+of+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+through+power+and+displacement+data.">In situ monitoring of ultrasonic welding of thermoplastic composites through power and displacement data.</a> J Thermoplast Compos. 28 (1), 66-85 (2015).</li><li>Benatar, A., Gutowski, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+welding+of+PEEK+Graphite+APC-2+composites.">Ultrasonic welding of PEEK Graphite APC-2 composites.</a> Polym Eng Sci. 29 (23), 1705-1721 (1989).</li><li>Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+development+versus+process+data+in+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+with+flat+energy+directors+and+its+application+to+the+definition+of+optimum+processing+parameters.">Strength development versus process data in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors and its application to the definition of optimum processing parameters.</a> Compos Part A-Appl S. 65, 27-37 (2014).</li><li>Lu, H. M., Benatar, A., He, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequential+ultrasonic+welding+of+PEEK/graphite+composite+plates.">Sequential ultrasonic welding of PEEK/graphite composite plates.</a> Proceedings of the ANTEC'91 Conference. , 2523-2526 (1991).</li><li>Potente, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+welding+-+principles+&amp;+theory.">Ultrasonic welding - principles &amp; theory.</a> Mater Design. 5, 228-234 (1984).</li><li>Stavrov, D., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resistance+welding+of+thermoplastic+composites+-+an+overview.">Resistance welding of thermoplastic composites - an overview.</a> Compos Part A-Appl S. 36, 39-54 (2005).</li><li>Villegas, I. F., Valle-Grande, B., Bersee, H. E. N., Benedictus, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+evaluation+between+flat+and+traditional+energy+directors+for+ultrasonic+welding+of+CF/PPS+thermoplastic+composites.">A comparative evaluation between flat and traditional energy directors for ultrasonic welding of CF/PPS thermoplastic composites.</a> Compos Interface. , (2015).</li><li>Levy, A., Le Corre, S., Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+the+heating+phenomena+in+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+with+flat+energy+directors.">Modelling the heating phenomena in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors.</a> J Mater Process Tech. , 1361-1371 (2014).</li><li>Shi, H., Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+and+failure+modes+in+resistance+welded+thermoplastic+composite+joints:+effect+of+fibre-matrix+adhesion+and+fibre+orientation.">Strength and failure modes in resistance welded thermoplastic composite joints: effect of fibre-matrix adhesion and fibre orientation.</a> Compos Part A-Appl S. 55, 1-10 (2013).</li><li>Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+welding+of+advanced+thermoplastic+composites.+An+investigation+on+energy-directing+surfaces.">Ultrasonic welding of advanced thermoplastic composites. An investigation on energy-directing surfaces.</a> Adv Polym Tech. 29 (2), 113-121 (2010).</li><li>Harras, B. K., Cole, C., Vu-Khanh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+the+ultrasonic+welding+of+PEEK-carbon+composites.">Optimization of the ultrasonic welding of PEEK-carbon composites.</a> J Reinf Plast Comp. 15 (2), 174-182 (1996).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interest.

Los resultados presentados en la sección anterior indican la idoneidad del método directo propuesto en este documento para la soldadura ultrasónica de cupones de vueltas individuales de compuestos termoplásticos para el propósito de la prueba mecánica. Los siguientes párrafos discuten cómo los resultados validan los tres pilares principales del método, es decir, el uso de guías de energía sueltos planos, uso de retroalimentación del proceso para definir la duración óptima de la vibración...

materiales compuestos termoplásticos (TPC) tienen la capacidad de soldar, lo que contribuye a su fabricación rentable. La soldadura requiere calentamiento local bajo presión para ablandar o fundir la resina termoplástica de las superficies de unión y para permitir el contacto íntimo y la posterior inter-difusión de cadenas de polímero termoplástico a través de la interfaz de soldadura. Una vez que se logra entre la difusión molecular, el enfriamiento bajo presión consolida la unión soldada. Varias técnicas de soldadura son aplicables a compuestos termoplásticos que difieren principalmente en la fuente de calor 1, sin embargo, el principal mecanismo de &quot;adherencia&quot;, es decir, el entrelazamiento molecular, se mantiene sin cambios. La soldadura ultrasónica ofrece tiempos muy cortos de soldadura (en el orden de unos pocos segundos), de fácil automatización y es prácticamente independiente del tipo de refuerzo en los sustratos compuestos termoplásticos. Además, ofrece la posibilidad de monitoreo in situ 2,3 </sup&gt;, Que puede ser utilizado para la garantía de la calidad de la línea o para una rápida definición de las ventanas de procesamiento 4. Soldadura por ultrasonidos de materiales compuestos termoplásticos es sobre todo un proceso de soldadura por puntos, sin embargo soldadura exitosa de costuras más largas a través de soldadura por ultrasonidos secuencial ha sido reportado en la literatura 5. A diferencia de la resistencia o la inducción de soldadura, soldadura por ultrasonidos no se ha aplicado industrialmente para uniones estructurales entre piezas compuestas termoplásticas hasta ahora. Sin embargo, se está dedicando actualmente un esfuerzo importante para promover el desarrollo de la soldadura ultrasónica estructural de compuestos termoplásticos para aplicaciones aeronáuticas. En la soldadura por ultrasonidos, las piezas a unir se someten a una combinación de fuerza estática y de alta frecuencia vibraciones mecánicas de baja amplitud transversal a la interfaz de soldadura, lo que resulta en la generación de calor a través de la superficie y calefacción viscoelástico. calefacción preferencial en la interfaz de soldadura se promuevemediante el uso de protuberancias de resina en las superficies a soldar, que se someten a mayor tensión cíclica, y calefacción por tanto, mayor viscoelástico, que los sustratos 6. Fuerza y ​​la vibración se ejercen sobre las piezas a soldar a través de un sonotrodo conectado a una prensa y a un tren de ultrasonidos consiste en piezo convertidor eléctrico y de refuerzo. Dependiendo de la distancia entre el punto en que los contactos sonotrodo la parte a unir y la interfaz de soldadura, una distinción se puede hacer entre campo próximo y la soldadura ultrasónica de campo lejano. De campo cercano de soldadura (menos de 6 mm entre sonotrodo y la interfaz de soldadura) es aplicable a una gama más amplia de materiales, mientras que la aplicabilidad de la soldadura de campo lejano de un material termoplástico específico depende de la capacidad del material para conducir ondas de sonido 6 altamente . El proceso de soldadura ultrasónica se puede dividir en tres fases principales. En primer lugar, una fase de acumulación de fuerza, durante el cual el sonotroaumenta gradualmente de la fuerza sobre las piezas a soldar hasta que se alcanza una cierta fuerza de disparo. No se aplica vibración durante esta fase. En segundo lugar, una fase de vibración, que se inicia una vez que se alcanza la fuerza de disparo. En esta fase el sonotrodo vibra a la amplitud prescrita para una cierta cantidad de tiempo que genera el calor necesario para el proceso de soldadura. Soldadores ultrasónicos controlados por microprocesador proporcionan varias opciones para controlar la duración de la fase de vibración, entre ellos el tiempo (es decir, el control directo), el desplazamiento o la energía (control indirecto). La fuerza aplicada durante esta fase, es decir, la fuerza de soldadura, se puede mantener constante e igual a la fuerza de disparo o se puede variar gradualmente durante la aplicación de la vibración. En tercer lugar, una fase de solidificación, durante el cual se permite que las partes soldadas se enfríe bajo una cierta fuerza de solidificación por una cierta cantidad de tiempo. No hay vibraciones se aplica durante esta última etapa. fo de soldaduraRCE, amplitud de la vibración, la frecuencia de vibración y la duración de la fase de la vibración (ya sea directa o indirectamente controlados a través de la energía o de desplazamiento) son los parámetros de soldadura que controlan la generación de calor. Fuerza, amplitud y duración son los parámetros definidos por el usuario, mientras que la frecuencia se fija para cada aparato de soldadura ultrasónica. fuerza de solidificación y tiempo de la solidificación, también la soldadura de los parámetros, no intervienen en el proceso de calentamiento, sino que afectan la consolidación y, junto con el resto de los parámetros, la calidad final de las uniones soldadas. En este trabajo se presenta un método sencillo para la novela de campo cercano de soldadura por ultrasonidos de cupones TPC individuales en una sola configuración para su posterior vuelta, cizalla mecánica sola vuelta (LSS), las pruebas siguiendo la norma ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) D 1002 estándar. Ensayos mecánicos de los cupones soldados permite determinar la aparente resistencia a la cizalla por solape de las articulaciones, que es una de las propiedades más Commsólo se utiliza para cuantificar la fuerza de compuesto termoplástico uniones soldadas 7. El método de soldadura se describe en este documento se basa en tres pilares principales. En primer lugar, directores de energía plana sueltos se utilizan para la generación de calor preferencial en la interfaz de unirse a 8,9 durante el proceso de soldadura. En segundo lugar, los datos de proceso proporcionados por el aparato de soldadura ultrasónica se utiliza para definir rápidamente la duración óptima de la fase de vibración para una fuerza específica / combinación de amplitud 2,4. En tercer lugar, la duración de la fase de la vibración se controla indirectamente a través del desplazamiento del sonotrodo con el fin de asegurar una calidad consistente de las uniones soldadas 4. Este método de soldadura ofrece las siguientes novedades principales y ventajas con respecto a los procedimientos de soldadura con tecnología de última generación para compuestos termoplásticos: (a) la preparación de muestras simplificado habilitado por el uso de directores de energía planos sueltos en lugar de directores de energía moldeados tradicionales 3, y (b) yc rápidadefinición ost-eficiente de los parámetros de procesamiento basados ​​en la supervisión de procesos in situ en comparación con los enfoques de prueba y error comunes. Aunque el método descrito en este documento está orientado a la obtención de una geometría muy específica y simple de soldadura que puede servir como base para definir un procedimiento para la soldadura de piezas reales. Una diferencia principal en ese caso resulta de flujo restringido del director de energía en comparación con el flujo sin restricciones en los cuatro bordes de la superposición de cupones de vuelta individuales.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1179">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Material/Reagent</td>
			<td style="width:308px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td style="width:363px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Cetex&#174; carbon fiber / polyetherimide (CF/PEI) 5 harness satin prepreg</td>
			<td style="width:308px;">TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">Material used in this study for the specimens.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">PFQD solvent degreaser</td>
			<td style="width:308px;">PT Technologies Europe (now Socomore - www.socomore.com)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">Solvent degreaser for cleaning the specimens and energy directors.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Cotton cloths</td>
			<td style="width:308px;">-</td>
			<td style="width:199px;">-</td>
			<td style="width:363px;">For general cleaning purposes. No specific vendor was used.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:311px;">0.25 mm PEI film</td>
			<td style="width:308px;">TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">Thin film used as energy director.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:311px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:308px;">Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)</td>
			<td style="width:199px;">1&#34; x 72 yds MFG # 327402 Contact vendor for catalog number</td>
			<td style="width:363px;">Used to attach energy director to bottom sample for ultrasonic welding.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Name</td>
			<td style="width:308px;">Company</td>
			<td style="width:199px;">Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Equipment</td>
			<td style="width:308px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">V&#246;tsch oven</td>
			<td style="width:308px;">V&#246;tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)</td>
			<td style="width:199px;">VTU 60/60 - Contact vendor for specific catalog number</td>
			<td style="width:363px;">Oven used to dry PEI film (energy directors) and PEI specimens before welding.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:311px;">Rinco Dynamic 3000 ultrasonic welder</td>
			<td style="width:308px;">Aeson BV (www.aeson.nl/en/)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">20 kHz ultrasonic welding machine used for the welding experiments. Several sonotrode sizes available. Contact vendor for details. ACUCapture software included.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Zwick/Roell universal testing machine</td>
			<td style="width:308px;">Zwick (www.zwick.com)</td>
			<td style="width:199px;">Z250 - Contact vendor for specific catalog number</td>
			<td style="width:363px;">Universal testing machine with maximum load of 250 kN used for single lap shear strength measurements.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for mechanical characterization of welded joints through single lap shear testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

muestras de fibra de carbono reforzada polieterimida (CF / PEI) se sueldan siguiendo el método descrito en este documento. Las muestras se obtuvieron a partir de un estratificado de material compuesto hecha de cinco arnés de tela de satén CF / PEI, con espesor nominal (0/90) 3S secuencia de apilamiento y 1,92 mm. Se cortaron muestras a partir de este laminado de modo que la principal orientación aparente de las fibras fue paralela a su lado más largo. Se utilizaron los di...

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Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

La soldadura por ultrasonidos de Cupones termoplástico compuestos para la caracterización mecánica de las juntas soldadas a través de una sola vuelta cizalladura

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

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11.5K vistas.  Delft University of Technology. A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

Video: Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Los experimentos en ultrasónico Lubricación El uso de un Tribómetro asistida piezoeléctrico y Perfilómetro óptico

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Investigación

Ingeniería

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products containing nanomaterials is also increasing. Evaluating the nanomaterial release from products containing nanomaterials is a crucial step in assessing the safety of these products, and has resulted in several international efforts to develop consistent and reliable technologies for standardizing the evaluation of nanomaterial release. In this study, the release of nanomaterials from products containing nanomaterials is evaluated using a chamber system that includes a condensation particle counter, optical particle counter, and sampling ports to collect filter samples for electron microscopy analysis. The proposed chamber system is tested using an abrasor and disc-type nanocomposite material specimens to determine whether the nanomaterial release is repeatable and consistent within an acceptable range. The test results indicate that the total number of particles in each test is within 20% from the average after several trials. The release trends are similar and they show very good repeatability. Therefore, the proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing of products containing nanomaterials.

Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.

Ensayo de liberación de nanopartículas a partir de un compuesto que contiene nanomaterial usar un sistema de Cámara

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &amp;#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

Desafíos en reológico caracterización de suspensiones de alta concentración - Un estudio de caso para pastas de plata serigrafía

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional experimental approaches, such as out-of-plane and in-plane tests, are not applicable to the determination of forming limits when heating and rapid cooling processes are introduced prior to forming for tests conducted under hot stamping conditions. A novel in-plane biaxial testing system was designed and used for the determination of forming limits of sheet metals at various strain paths, temperatures, and strain rates after heating and cooling processes in a resistance heating uniaxial testing machine. The core part of the biaxial testing system is a biaxial apparatus, which transfers a uniaxial force provided by the uniaxial testing machine to a biaxial force. One type of cruciform specimen was designed and verified for the formability test of aluminum alloy 6082 using the proposed biaxial testing system. The digital image correlation (DIC) system with a high-speed camera was used for taking strain measurements of a specimen during a deformation. The aim of proposing this biaxial testing system is to enable the forming limits of an alloy to be determined at various temperatures and strain rates under hot stamping conditions.

This protocol proposes a novel biaxial testing system used on a resistance heating uniaxial tensile test machine in order to determine the forming limit diagram (FLD) of sheet metals under hot stamping conditions.

Un nuevo aparato de ensayo biaxiales para la Determinación del límite de conformación bajo estampación en caliente Condiciones

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Implementación experimental de un nuevo método de fabricación compuesto: exponer desnudas fibras en la superficie del compuesto por el método de capa suave

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

Fatiga ultrasónica prueba en el modo de tensión-compresión

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed magnet assisted composite manufacturing (MACM) technique. In this technique, permanent magnets are utilized to apply a sufficiently high consolidation pressure during the curing stage. To enhance the intensity of the magnetic field, and thus, to increase the magnetic compaction pressure, the magnets are placed on a magnetic top plate. First, the entire procedure of preparing the composite lay-up on a magnetic bottom steel plate using the conventional wet lay-up vacuum bag process is described. Second, placement of a set of Neodymium-Iron-Boron permanent magnets, arranged in alternating polarity, on the vacuum bag is illustrated. Next, the experimental procedures to measure the magnetic compaction pressure and volume fractions of the composite constituents are presented. Finally, methods used to characterize microstructure and mechanical properties of composite laminates are discussed in detail. The results prove the effectiveness of the MACM method in improving the quality of wet lay-up vacuum bag laminates. This method does not require large capital investment for tooling or equipment and can also be used to consolidate geometrically complex composite parts by placing the magnets on a matching top mold positioned on the vacuum bag.

A new technique for applying consolidation pressure on the vacuum bag lay-up to fabricate composite laminates is described. The goal of this protocol is to develop a simple, cost-effective technique to improve the quality of laminates fabricated by the wet lay-up vacuum bag method.

: Imán compuesto fabricación una Flexible nueva técnica asistida Para lograr la consolidación alta presión en vacío bolsa de Lay-Up los procesos

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry application was found in the automotive industry in 2003 for the aluminum alloy that was used in the rear doors of automobiles. Friction stir spot welding is mostly used in Al alloys to create lap joints. The benefits of friction stir spot welding include a nearly 80% melting temperature that lowers the thermal deformation welds without splashing compared to resistance spot welding. Friction stir spot welding includes 3 steps: plunging, stirring, and retraction. In the present study, other materials including high strength steel are also used in the friction stir welding method to create joints. DP780, whose traditional welding process involves the use of resistance spot welding, is one of several high strength steel materials used in the automotive industry. In this paper, DP780 was used for friction stir spot welding, and its microstructure and microhardness were measured. The microstructure data showed that there was a fusion zone with fine grain and a heat effect zone with island martensite. The microhardness results indicated that the center zone exhibited a greater degree of hardness compared with the base metal. All data indicated that the friction stir spot welding used in dual phase steel 780 can create a good lap joint. In the future, friction stir spot welding can be used in high-strength steel welding applied in industrial manufacturing processes.

Here, we present a friction stir spot welding (FSSW) protocol on dual phase 780 steel. A tool pin with high-speed rotation generates heat from friction to soften the material, and then, the pin plunges into 2 sheet joints to create the lap joint.

Generación de juntas de vuelta a través de soldadura por punto de agitación por fricción en acero DP780

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

Procedimientos de corte, pruebas de tracción y envejecimiento de laminados compuestos unidireccionales flexibles

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of workers than the traditional manual fiber placement does. Thus, the production accuracy, repeatability and efficiency of composite manufacturing are significantly improved. However, the current AFP systems can only produce the composite components with large open surface or simple revolution parts, which cannot meet the growing interest in small complex or closed structures from industry.
In this research, by employing a 1-degree of freedom (DoF) rotational stage, a 6-RSS parallel robot, and a 6-DoF serial robot, the dexterity of the AFP system can be significantly improved for manufacturing complex composite parts. The rotational stage mounted on the parallel robot is utilized to hold the mandrel and the serial robot carries the placement head to mimic two human hands that have enough dexterity to lay the fiber to the mandrel with complex contour.
Although the CCM system increases the flexibility of composite manufacturing, it is quite time-consuming or even impossible to generate the feasible off-line path, which ensures uniform lay-up of subsequent fibers considering the constraints like singularities, collisions between the fiber placement head and mandrel, smooth fiber direction change and keeping the fiber placement head along the norm of the part&#39;s surface, etc. Moreover, due to the existing positioning error of the robots, the on-line path correction is needed. Therefore, the on-line pose correction algorithm is proposed to correct the paths of both parallel and serial robots, and to keep the relative path between the two robots unchanged through the visual feedback when the constraint or singularity problems in the off-line path planning occur. The experimental results demonstrate the designed CCM system can fulfill the movement needed for manufacturing a composite structure with Y-shape.

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

A collaborative composite manufacturing system is developed for robotic lay-up of composite laminates using the prepreg tape. The proposed system allows the production of composite laminates with high levels of geometrical complexity. The issues in the path planning, coordination of the robots and control are addressed in the proposed method.

Operación del Sistema de Fabricación Colaborativa compuesta (CCM)

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of ...