گروه موسسه جوشکاری فرانسه (IS) بیش از 100 سال تجربه در زمینه جوشکاری فلزات دارد و در حال حاضر در زمینه جوشکاری مواد کامپوزیت ترموپلاستیک پیشرو است. گروه IS"؛ جوش القایی پویا"؛ فرآیند ، که برای اتصال فیبر کربن/ پلی اترکتونکتون (PEKK) تسمه های کمربند یک طرفه و پوست بدنه در پروژه نمایش کامپوزیت ترموپلاستیک هوافضا ایرباس'؛ s STELIA Aerospace استفاده شد.
علیرغم موفقیت این فرایند ، هیچ مشعل در رابط وجود ندارد ، بنابراین محدودیت هایی در عملکرد شعاع تارهای چسبانده شده و گرمایش جهانی پانل های دیوار وجود دارد. گیرنده ماده ای است که بین دو جسم چسبانده شده از اتصالات جوش داده شده کامپوزیت ترموپلاستیک قرار می گیرد و مواد توسط سیم پیچ القایی در مفصل جوش داده شده گرم می شود. گیرنده می تواند یک بدن رسانا باشد که با مقاومت گرم می شود یا یک بدن مغناطیسی است که با هیسترزیس گرم می شود. این پایه را در سطح جوش ذوب می کند و پایه را به هم فشار می دهد تا یک اتصال جوش داده شده با مقاومت بالا ایجاد شود. گیرنده مورد استفاده برای جوشکاری القایی کامپوزیت های ترموپلاستیک در ابتدا یک صفحه یا شبکه فلزی بود که گاهی اوقات با پلیمر آغشته می شد.
گروه IS با Arkema ، تامین کننده مواد ترموپلاستیک ، مشارکت کرده است تا به طور مشترک یک فناوری ثبت شده به نام راه حل نوآوری جوشکاری را به دست آورند.
اساس راه حل های جوشکاری نوآورانه
اساس راه حل های جوشکاری نوآورانه استفاده از دستگاه های گیرنده برای گرم کردن سطح جوش است ، اما این یک گیرنده متحرک است که به سر جوش متصل شده است. سیستم گیرنده به فرایند اجازه می دهد تا منطقه گرمایش جوش را کاملاً مشخص کند و سر جوش با دستگاه گیرنده متحرک است ، بنابراین هیچ گونه باقی مانده ای در سطح مشترک وجود ندارد و در عملکرد ساختار جوش داده شده اختلال ایجاد نمی کند. در تکرارهای اولیه جوشکاری القایی ، مشبک مش فلزی در جوش باقی ماند ، اما این نتیجه مطلوب نبود. از آنجا که فیبر کربن در ورقه های معمولی هوافضا رسانا است ، جدیدترین فناوری توانسته است سوسپانسیور را از بین ببرد ، که این امر همچنین امکان استفاده از مواد فیبر کربن را به عنوان گیرنده فراهم می کند.
یکی دیگر از ویژگیهای محلول جوشکاری نوآورانه استفاده از ماتریس ترموپلاستیک خالص یا لایه ای با فیبر کم در سطح جوش برای افزایش سیالیت رزین است. درجه حرارت ذوب و ویسکوزیته لایه رابط را می توان تنظیم کرد و همچنین می توان آن را برای ایجاد رسانایی یا جداسازی برای جلوگیری از خوردگی الکتریکی ، مانند خوردگی الکتریکی بین فیبر کربن و آلومینیوم یا فولاد ، فعال کرد.
نتایج راه حل های جوشکاری نوآورانه
ضریب مشترک این محلول 80 ~ 90 is است. ضریب اتصال مربوط به مقاومت جوش است و برای فلزات ، پلاستیک ها و مواد کامپوزیت استفاده می شود. در یک آزمایش برشی تک دور بر روی دو صفحه از پیش پخته شده که با استفاده از این محلول به هم جوش داده شده اند ، 80 تا 90 درصد عملکرد صفحه مرجع بدون جوش و اتوکلاو شده بدست آمد. در این آزمایشها از کمربندهای یک طرفه ساخته شده از فیبر کربن Hextow AS7 و Arkema Kepstan 7002 PEKK استفاده شد.
برای جوشکاری هر نوع بستری می توان از جوشکاری راه حل های نوین استفاده کرد: PE ، PA ، PEKK ، PEEK و کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با کربن ، شیشه یا الیاف آرامید. علاوه بر این ، اجزای دارای شبکه مس نیز می توانند برای جلوگیری از برخورد صاعقه جوش داده شوند ، که کلید ساخت سازه های هوافضا است. طراحی محلول نوآورانه جوشکاری کاملاً خودکار است و سر جوش بر روی ربات بازوی رباتیک 6 محور نصب شده است.
کنترل دمای جوشکاری
یکی از مشکلات رایج مشکوک های مش فلزی هنگام قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی ، توزیع ناهموار دمای قطعات جوش داده شده است. این محلول با استفاده از یک گیرنده برای ذوب سطح جوش ، با استفاده از یک دستگاه فشارسنج لیزری برای حس کردن دما ، که در واقع لبه گیرنده را از کنار آن اندازه گیری می کند ، کنترل می کند. بنابراین ، می توان دمای دقیق رابط را مشخص کرد. روشهای خنک کننده نیز برای کمک به کنترل دما و اطمینان از اینکه مواد ترموپلاستیک می توانند در طول فرآیند جوشکاری کاملاً متبلور شوند ، استفاده می شود.
تست جوشکاری پوست استرینگر
STELIA ، زیرمجموعه ایرباس ، یکی از اولین مشتریان این فرایند جوشکاری القایی است. گروه IS و Arkema یک مطالعه ویژه برای STELIA انجام دادند و 7 لایه از تارهای کربن/PEKK را به 14 لایه از پوست جوش داده و آنها را با توری مس پوشاندند تا از برخورد صاعقه جلوگیری شود. هدف نهایی جوشکاری سازه ای به طول 30 متر ، خط مستقیم و مقطع دو طرفه است. قطعات با نوار یک طرفه 194 گرم از جمله فیبر کربن Tenax HST45 و Kepstan 7002 PEKK ساخته شده اند. STELIA یک جوش همگن با خواص مکانیکی بیش از 85 of از مواد مرجع پخت شده توسط اتوکلاو را مشخص می کند و خواص حرارتی یا مکانیکی چسبنده تخریب نمی شود. STELIA همچنین نیاز به توسعه یک فرآیند قوی برای تغییر ضخامت چسبندگی دارد. گروه IS آزمایشهای شیمیایی و عملکرد روی اجزای جوش داده شده را انجام داد.
گروه IS و Arkema توانستند الزامات STELIA' را برآورده کنند و در مقایسه با ورقه مرجع پخت شده توسط اتوکلاو ، بیش از 85٪ از عملکرد مقاومت برشی یک دور و بین سطحی را بدست آوردند. هیچ گونه پخش یا تخریب در لایه محافظ ورقه ورقه یا رعد و برق وجود ندارد. تنها نقص در سرعت است. STELIA نیاز به سرعت جوش بیشتر یا مساوی 1 متر در دقیقه دارد. در حال حاضر سرعت این محلول 0.3 متر در دقیقه است. از نظر ضخامت مواد پایه قابل جوشکاری ، ضخامت معمولی سازه های هوافضا را می توان جوش داد و قطعات با ضخامت 5 میلی متر را می توان به پایه 5 میلی متر جوش داد.
فرصت ها و چالش های فنی
گروه IS و Arkema صاحبان فن آوری راه حل های جوشکاری نوآورانه هستند و از طریق یک مجموعه ثبت اختراع قابل اعتماد ، که قبلاً شامل پنج درخواست ثبت اختراع فرانسوی و بین المللی است ، از این فناوری محافظت کرده اند. محلول جوشکاری نوآورانه را می توان با هر ماتریس کامپوزیت ترموپلاستیک استفاده کرد و IS Group این فناوری را از طریق برنامه همکاری با شرکت های اروپایی و آمریکایی نشان می دهد. از نظر Arkema ، تمرکز بر PEKK است ، که در سال 2018 با Hexcel اتحادیه ای استراتژیک برای توسعه کمربندهای کربنی/ترموپلاستیک برای هواپیماهای آینده تشکیل داد و بر تامین هزینه کمتر و سرعت تولید بیشتر مشتریان تمرکز کرد. به عنوان بخشی از این مشارکت ، فرانسه یک آزمایشگاه تحقیق و توسعه مشترک ایجاد می کند.
پروژه کامپوزیت های یکپارچه و بسیار خودکار 13.5 میلیون یورویی ، 48 ماهه برای سازه های تطبیقی ، ادامه اتحاد استراتژیک بین Arkema و Hexcel است. این پروژه طراحی و ساخت مواد مورد استفاده در تولید قطعات کامپوزیت را به منظور دستیابی به هزینه های رقابتی بهینه می کند. همچنین فناوری استقرار/چیدمان مواد کامپوزیتی کارآمدتر و همچنین یک سیستم جدید با کنترل کیفیت آنلاین برای جمع آوری قطعات نهایی با جوشکاری توسعه می یابد. برنامه های هدف شامل ساختار اصلی هواپیما ، قطعات ساختاری در صنعت خودرو و خطوط لوله در صنعت نفت و گاز است. قابلیت بازیافت و پایداری ارائه شده توسط مواد ترموپلاستیک نیز برای این بازارها مهم است و در پروژه نشان داده شده و اندازه گیری می شود.
در مقایسه با سال 2017 ، یکی از مزایایی که راه حل های جوشکاری نوآورانه می تواند ارائه دهد ، کاهش بیش از 50 درصد قدرت مورد نیاز در مقایسه با فرایند جوشکاری القایی پویا است. با القایی معمولی ، برای بالا بردن سطح به قدرت بالایی نیاز است ، اما با وجود سیستم های گیرنده در سطح مشترک ، سطح گرم شده بسیار کوچکتر و انرژی مورد نیاز بسیار کمتر است. این همچنین به جلوگیری از ارتعاش شعاع رشته کمک می کند. اگر گرمایش بیش از حد باشد ، مواد را در شعاع نرم کرده و الیاف را به آنجا منتقل می کند. با این حال ، هنوز مشکل اتلاف گرما وجود دارد. برای اشکال تخت ، کنترل حرارتی بسیار ساده است ، اما با افزایش پیچیدگی شکل ، چالش برانگیزتر می شود. در حال حاضر ، هدف اصلی ادامه توسعه و دستیابی به جوش با پرتو فوقانی در مقیاس معمولی است و تمرکز هنوز بر معرفی فناوری در برنامه توسعه هواپیماهای جدید است.