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. campioni di taglio e preparazione per saldatura ad ultrasuoni <ol><li> Tagliare campioni rettangolari di 25,4 millimetri x 101,6 millimetri dal formato laminato composito termoplastico con una tecnica di taglio che impedisce delaminazione dei bordi dei campioni (per esempio, diamante-sega o taglio a getto d&#39;acqua). Nota: Le dimensioni dei campioni sono basati su ASTM D 1002 standard. <ol><li> Poiché la forza dei giunti saldati dipende dall&#39;orientamento fibra sulle superfici da saldare 10, fare attenzione a tagliare tutti i campioni con lo stesso orientamento. </li></ol></li><li> Dopo il taglio, campioni secchi in un forno secondo le raccomandazioni del produttore nel caso la resina termoplastica tende ad assorbire l&#39;umidità (ad esempio, 6 ore a 135 ° C per la fibra di carbonio a sei strati rinforzato polieterimmide, CF / PEI, campioni). </li><li> Tagliare direttori di energia piatti fatti di film termoplastico ordinata (stessa resina come la matrice in composito) per dimensioni (circa 26 millimetri x 26 mm) con uno spessore di almeno 0,25 mm. Se necessario, asciugare il direttore di energia seguendo le raccomandazioni del produttore (ad esempio, 1 ora a 135 ° C per PEI direttore di energia). </li><li> Prima della saldatura, ispezionare campioni uno ad uno per angoli delaminate e scartare se necessario. Pulire utilizzando uno sgrassatore e un panno di cotone. Pulire i direttori di energia piatti seguendo la stessa procedura. </li></ol> 2. saldatura a ultrasuoni del giro singolo Shear Buoni Nota: un microprocessore controllato saldatore ad ultrasuoni in grado di saldare ad ampiezza costante viene utilizzata in questo step. I dati di uscite saldatore di processo, come l&#39;energia dissipata e spostamento del sonotrodo funzione del tempo al software di acquisizione dati in un computer. Un giga su misura progettato e realizzato per posizionare con precisione e bloccare singoli campioni giro di taglio durante la saldatura ad ultrasuoni viene utilizzato in questo passaggio (vedi Figura 1). Figura 1. ultrasuoni saldatore e messa a punto di saldatura su misura utilizzato in questo studio 1:. Sonotrodo, 2: piattaforma scorrevole, 3: morsetto per il campione superiori (allegato 2), e 4: morsetto per il campione inferiori (Ristampato da riferimento 4 con il permesso di Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <ol><li> Compilare un foglio di giornale di bordo prima di ogni esperimento di saldatura. <ol><li> Prendere nota dei seguenti parametri: RT e umidità, riferimento configurazione saldatura, tipo sonotrodo, numero del campione e materiali, larghezza e spessore dei campioni superiore ed inferiore, e lo spessore del direttore dell&#39;energia. </li></ol></li><li> Accendere il saldatore ad ultrasuoni e il computer. Avviare il software di acquisizione dati e di aprire una nuova sessione. </li><li> Se non è già in atto, cambiare il sonotguidato ad un sonotrodo cilindrica con un diametro di 40 mm in modo che la sua superficie inferiore copre completamente la zona di saldatura. Nota: Una forma diversa di sonotrodo può essere utilizzato, ma la sua superficie inferiore non deve essere inferiore alla zona di saldatura. </li><li> Posizione e fissare campioni e direttore di energia nella maschera di saldatura (vedi Figura 1). <ol><li> Attaccare un regista energia piatta al modello inferiori con nastro adesivo in modo da coprire una superficie leggermente maggiore rispetto alla zona da saldare (12.7 mm x 25,4 mm). </li><li> Posizionare il campione di fondo in dima e bloccarlo stringendo la vite superiore. </li><li> Nastro l&#39;altra estremità del direttore energia alla base della configurazione in modo che rimanga in posizione durante il processo. </li><li> Posizionare il campione superiore nel morsetto, allinearla e serrare la vite superiore. </li><li> Posizionare il morsetto per il campione in alto nella piattaforma scorrevole e serrare le due viti. </li><li> Prima di procedere oltre, serrare le quattro viti una volta mminerale. </li></ol></li><li> Determinare la durata ottimale della fase vibrazioni basata sullo spostamento del sonotrodo per ottenere la massima resistenza di saldatura, come descritto ai punti 2.5.1 a 2.5.8. Nota: Una durata ottimale della fase di vibrazione è determinato per ciascuna combinazione desiderata di forza di saldatura e ampiezza di vibrazione. <ol><li> Impostare il saldatore ad ultrasuoni per differenziale modalità di spostamento di controllo. </li><li> Input forza e ampiezza di vibrazione saldatura nella saldatrice ad ultrasuoni (per esempio, 300 N e 86,2 micron). Nota: In questa saldatrice ad ultrasuoni, 86.2 micron corrisponde alla ampiezza della vibrazione picco-picco. Nelle impostazioni della macchina, è espresso come metà di questo valore, 43,1 micron. </li><li> Input spostamento sonotrodo, o corsa, al termine della fase di vibrazioni come un valore pari allo spessore iniziale del direttore energia (per esempio 0,25 mm). </li><li> forza Input solidificazione e tempo nella saldatrice ad ultrasuoni (per esempio, 1000N e 4000 msec). </li><li> Quando si è pronti, mettere le cuffie insonorizzate e avviare il processo di saldatura a ultrasuoni. </li><li> Dopo il completamento del processo, prendere nota dei seguenti parametri di uscita: distanza di saldatura, potenza massima, tempo di vibrazione ed energia. Rimuovere il coupon dal setup di saldatura e scrivere il suo numero di identificazione su entrambe le estremità con un pennarello. </li><li> Esporta i dati di saldatura (potenza e spostamento del sonotrodo) in un foglio e tracciare la potenza e lo spostamento rispetto curve tempo nella fase di vibrazione del processo. Nota: La curva di spostamento deve tracciare lo spostamento verso il basso del sonotrodo relativamente alla sua posizione al momento della comparsa della fase vibrazioni. </li><li> Identificare lo spostamento nel mezzo del plateau di alimentazione (fase 4) come mostrato nella figura 2 (in questo caso 0,10 mm). Nota: Questo particolare valore di spostamento è la corsa ottimale che controlla la durata della fase di vibrazione e volontàessere utilizzata in ogni successiva saldatura per la stessa forza di saldatura e ampiezza. </li></ol></li></ol><img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> Figura 2. Potenza (nero) e curve (grigio) di spostamento per il processo di saldatura ad ultrasuoni che indica il valore di spostamento ottimale. La fase vibrazione della saldatura a ultrasuoni possono essere divisi in 5 fasi. il valore di viaggio ottimale si trova all&#39;interno di fase 4. Caso di studio: fibra di carbonio rinforzata substrati polieterimmide -PEI, 0,25 millimetri di spessore piatto PEI direttore di energia, 300 N Forza di saldatura, 86,2 micron di ampiezza delle vibrazioni, 0,25 millimetri di viaggio. (Ristampato da riferimento 4 con il permesso di Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <ol start="6"><li> tagliandi di saldatura al valore di viaggio ottimale per la data forza di saldatura e combinatio ampiezzan. <ol><li> Ripetere i punti da 2.1 a 2.5.6 per ogni saldatura. Al punto 2.5.3, utilizzare il viaggio ottimale determinata al punto 2.5.8 per la forza di saldatura corrispondente e combinazione di ampiezza. Nota: Tutti i test LSS vengano effettuati seguendo ASTM D 1002 su una macchina di prova universale con una velocità traversa di 1,3 mm / min. </li></ol></li></ol> 3. singolo Resistenza a taglio (LSS) Sperimentazione di Buoni saldati <ol><li> Misurare e prendere nota della larghezza della sovrapposizione per ciascun coupon saldato. </li><li> Accendere la macchina universale di prova e avviare la procedura di prova per LSS sul computer. </li><li> Nell&#39;interfaccia test, immettere il numero del campione e le dimensioni della sovrapposizione. Impostare la forza di 0 e la separazione presa da maneggiare alla sua posizione iniziale (per esempio 60 mm). </li><li> Posizionare il campione nella morsa della macchina di prova come mostrato in figura 3. </li></ol><img alt="Figura 3" src = &quot;/ files / ftp_upload / 53592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Rappresentazione schematica del serraggio in / Roell 250 kN macchina universale Zwick (non in scala). Lo spostamento offset tra i morsetti superiori ed inferiori permette allineando la direzione di carico con la linea centrale di saldatura per minimizzare flessione durante il taglio lap prova di resistenza. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <ol start="5"><li> Avviare la procedura di test dal computer facendo clic sul pulsante &quot;Start&quot;. </li><li> Dopo il campione si spacca, rimuoverlo dalle impugnature e fissare le due parti insieme con del nastro adesivo. </li><li> Ripetere i passaggi 3,3-3,6 per tutti gli altri campioni. </li><li> Quando le prove sono completate, esportare i dati in un foglio e calcolare il valore medio LSS, secondo la procedura descritta nello standard, per ogni forza di saldatura e la combinazione di ampiezza. </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.

I risultati presentati nella sezione precedente indicano l&#39;adeguatezza del metodo semplice proposto in questo lavoro per la saldatura ad ultrasuoni di compositi termoplastici tagliandi sul giro singolo a scopo di prove meccaniche. I seguenti paragrafi trattano come i risultati confermano i tre pilastri principali del metodo, cioè, l&#39;uso di piani direttori di energia allentati, uso del feedback processo di definizione durata ottimale della vibrazione e l&#39;uso di controllo di spostamento, nonché l&#3...

compositi termoplastici (TPC) hanno la capacità di saldare, che contribuisce alla loro fabbricazione conveniente. Saldatura richiede il riscaldamento locale sotto pressione per ammorbidire o fondere la resina termoplastica degli innesti e per consentire un contatto intimo e successiva inter-diffusione di catene polimeriche termoplastiche attraverso l&#39;interfaccia di saldatura. Una volta molecolare inter-diffusione viene raggiunto, il raffreddamento sotto pressione consolida il giunto saldato. Diverse tecniche di saldatura sono applicabili ai compositi termoplastici che differiscono principalmente nella fonte di calore 1, tuttavia, il principale meccanismo di &quot;adesione&quot;, cioè, entanglement molecolare, rimane invariata. saldatura ad ultrasuoni offre tempi molto brevi saldatura (dell&#39;ordine di pochi secondi), facile automazione ed è praticamente indipendente dal tipo di armatura nei substrati compositi termoplastici. Inoltre, offre la possibilità di monitorare in situ 2,3 </sup&gt;, Che può essere utilizzato per in linea la garanzia della qualità o per un veloce definizione delle finestre di elaborazione 4. Ultrasuoni saldatura di materiali compositi termoplastici è per lo più un processo di saldatura a punti, ma il successo saldatura di cordoni più lunghi attraverso saldatura a ultrasuoni sequenziale è stato riportato in letteratura 5. Al contrario di saldatura a resistenza o induzione, saldatura a ultrasuoni non è stata applicata industrialmente per giunti strutturali tra le parti in compositi termoplastici finora. Tuttavia, lo sforzo significativo è attualmente in corso dedicata a favorire lo sviluppo di saldatura ad ultrasuoni strutturale dei materiali compositi termoplastici per applicazioni aeronautiche. In saldatura ad ultrasuoni, le parti da unire sono sottoposti ad una combinazione di forza statica e ad alta frequenza bassa ampiezza vibrazioni meccaniche trasversale alla interfaccia di saldatura, che si traduce nella generazione di calore attraverso la superficie e riscaldamento viscoelastico. è promosso riscaldamento preferenziale a livello di interfaccia di saldaturaattraverso l&#39;uso di sporgenze resina sulle superfici da saldare che subiscono maggiore deformazione ciclica, e riscaldamento quindi superiore viscoelastica, rispetto ai substrati 6. Forza e vibrazioni sono esercitati sui pezzi da saldare attraverso un sonotrodo collegato ad una pressa e un treno ultrasuoni costituito da convertitore piezoelettrico e booster. A seconda della distanza tra il punto in cui i contatti sonotrodo la parte da unire e l&#39;interfaccia di saldatura, una distinzione può essere fatta tra campo vicino e campo lontano saldatura a ultrasuoni. Near-field saldatura (meno di 6 mm tra sonotrodo e interfaccia saldatura) è applicabile ad una vasta gamma di materiali, mentre l&#39;applicabilità della saldatura campo lontano ad uno specifico materiale termoplastico è altamente dipendente dalla capacità del materiale di condurre onde sonore 6 . Il processo di saldatura ad ultrasuoni può essere suddiviso in tre fasi principali. In primo luogo, una fase forza accumulo, durante il quale il sonotrode aumenta gradualmente la pressione sulle parti da saldare fino a raggiungere una certa forza trigger. Nessuna vibrazione viene applicato durante questa fase. In secondo luogo, una fase di vibrazione, che inizia una volta raggiunta la forza di trigger. In questa fase il sonotrodo vibra di ampiezza prescritta per un certo periodo di tempo generare il calore necessario per il processo di saldatura. Microprocessore saldatrici ad ultrasuoni forniscono diverse opzioni per controllare la durata della fase di vibrazioni, tra i quali il tempo (ad esempio, il controllo diretto), lo spostamento o l&#39;energia (controllo indiretto). La forza applicata durante questa fase, vale a dire, la forza di saldatura, può essere mantenuto costante e pari alla forza grilletto o può essere variata gradualmente durante l&#39;applicazione della vibrazione. In terzo luogo, una fase di solidificazione, in cui sono permesse parti saldate raffreddare sotto una certa forza di solidificazione per un certo periodo di tempo. Nessuna vibrazione viene applicato durante questa ultima fase. fo saldaturaRCE, ampiezza di vibrazione, frequenza di vibrazione e la durata della fase di vibrazioni (controllate direttamente o indirettamente tramite energia o spostamento) sono i parametri di saldatura che controllano la generazione di calore. Forza, ampiezza e durata sono parametri definiti dall&#39;utente, mentre la frequenza è fissato per ogni saldatore ad ultrasuoni. forza di solidificazione e tempo di solidificazione, anche saldatura parametri, non intervengono nel processo di riscaldamento, ma influenzano il consolidamento e, insieme con il resto dei parametri, la qualità finale dei giunti saldati. Questo articolo presenta un metodo semplice romanzo di campo vicino saldatura ad ultrasuoni di singoli tagliandi TPC in una singola configurazione giro per la successiva, singolo taglio meccanico sul giro (LSS), il test seguente ASTM (American Society for Testing and Materials) D 1002 standard. Prove meccaniche dei tagliandi saldati permette di determinare la resistenza al taglio per trazione apparente delle articolazioni, che è una delle proprietà più Commsolo utilizzato per quantificare la forza di compositi termoplastici giunti saldati 7. Il metodo di saldatura descritto in questo documento si basa su tre pilastri principali. In primo luogo, sciolti direttori di energia piatta sono utilizzati per la generazione di calore preferenziale all&#39;interfaccia unendo 8,9 durante il processo di saldatura. In secondo luogo, le elabora i dati forniti dal saldatore ad ultrasuoni viene utilizzata per definire rapidamente la durata ottimale della fase di vibrazione di una forza specifica / combinazione di ampiezza 2,4. In terzo luogo, la durata della fase di vibrazione è controllata indirettamente tramite lo spostamento del sonotrodo al fine di garantire una qualità costante dei giunti saldati 4. Questo metodo di saldatura offre le seguenti novità principali e vantaggi per quanto riguarda le procedure di saldatura state-of-the-art per compositi termoplastici: (a) la preparazione del campione semplificata abilitato per l&#39;utilizzo di sciolti direttori di energia piana invece che direttori tradizionali di energia stampati 3, e (b) ec veloceDefinizione ost-efficiente dei parametri di processo sulla base di monitoraggio dei processi in situ in contrapposizione all&#39;approccio tentativi ed errori comuni. Sebbene il metodo descritto in questo documento si prefigge di ottenere una geometria di saldatura molto preciso e semplice può servire come base per definire una procedura per la saldatura di parti reali. Una differenza principale in questo caso risulta dal flusso vincolata del direttore di energia rispetto a flusso illimitato ai quattro bordi della sovrapposizione in singoli tagliandi giro.

<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.

rinforzato polieterimmide (CF / PEI) campioni di fibre di carbonio sono stati saldati seguendo il metodo descritto in questo documento. I campioni sono stati ottenuti da un laminato composito fatto di cinque cablaggio tessuto di raso CF / PEI, con spessore nominale (0/90) 3S accatastamento sequenza e 1,92 mm. I campioni sono stati tagliati da questo laminato in modo che il principale orientamento apparente delle fibre era parallela al loro lato più lungo. sono stati utilizzat...

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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.

Saldatura ad ultrasuoni di tagliandi termoplastico composito per la caratterizzazione meccanica dei giunti saldati attraverso singolo giro Shear Test

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

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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.

Esperimenti su ultrasuoni lubrificazione Utilizzando un tribometro piezoelettrico-assistita e Profilometro ottico

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

Ricerca

Ingegneria

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.

Prove di nanoparticelle di uscita da un composto contenente Nanomateriale Utilizzo di un Sistema Camerale

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.

Le sfide in reologico Caratterizzazione di sospensioni altamente concentrato - un caso di studio per la serigrafia paste d&#39;argento

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.

Una nuova apparecchiatura biassiale test per la determinazione del limite di formatura in stampa a caldo Condizioni

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.

Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

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.

Prova in modalità trazione-compressione ad ultrasuoni di fatica

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.

Magnete ha aiutato la produzione di compositi: Una flessibile nuova tecnica per il raggiungimento di consolidamento ad alta pressione nei processi sottovuoto sacchetto/Lay-Up

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.

Generazione di giunti a giro tramite saldatura spot di attrito su ACCIAIO 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.

Procedure di taglio, test delle tàbie e invecchiamento dei laminati compositi unidirezionali flessibili

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.

Funzionamento del sistema di produzione composita collaborativa (CCM)

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