Prantsuse Keevitusinstituudi (IS) grupil on rohkem kui 100 -aastane metallide keevitamise kogemus ja praegu on temast saamas liider termoplastiliste komposiitmaterjalide keevitamisel. IS Group töötas välja&"dünaamilise induktsioonkeevituse &"; protsess, mida kasutati süsinikkiust/ polüeetterketoneketoonist (PEKK) ühesuunaliste rihmapaelte ja kere naha ühendamiseks Airbusi' s STELIA Aerospace kosmosetermoplastilise komposiidi näidisprojektis.
Vaatamata selle protsessi edukusele ei ole liidesel suskeptorit, seega on liimitud nööride raadiuses ja seinapaneelide globaalses kuumutamises piiranguid. Susseptor on materjal, mis asetatakse termoplastilise komposiitkeevisliite kahe liimitud objekti vahele ja materjali kuumutatakse keevisliite induktsioonmähisega. Sustseptor võib olla takistusega kuumutatud juhtiv keha või hüstereesiga kuumutatud magnetkeha. See sulab aluse keevitusliidesel ja surub aluse kokku, moodustades ülitugeva keevisliite. Termoplastiliste komposiitide induktsioonkeevitamiseks kasutatav suskeptor oli algselt metallist sõel või võre, mõnikord polümeeriga immutatud.
IS Group on loonud partnerluse termoplastiliste materjalide tarnija Arkemaga, et ühiselt välja töötada ja saada patenteeritud tehnoloogia nimega Welding Innovation Solution.
Uuenduslike keevituslahenduste alus
Uuenduslike keevituslahenduste aluseks on keevitusliidese soojendamiseks abivahendite kasutamine, kuid see on keevituspeaga ühendatud liikuv susseptor. Susseptor võimaldab protsessil ideaalselt leida keevisõmbluse kuumutusala ja keevituspea koos susseptoriga on mobiilne, nii et liideses pole jääke ega sega keevitatud konstruktsiooni jõudlust. Varasematel induktsioonkeevituse kordustel jäi metallvõrgu susseptor keevisõmblusesse, kuid see ei olnud soovitud tulemus. Kuna tavalistes kosmoses kasutatavates laminaatides olev süsinikkiud on juhtiv, on uusim tehnoloogia suutnud kõrvaldada suskeptori, mis võimaldab kasutada ka süsinikkiust materjale.
Uuendusliku keevituslahenduse teine omadus on puhta termoplastilise maatriksi või madala kiudainetega kihi kasutamine keevisliidesel vaigu voolavuse suurendamiseks. Liidesekihi sulamistemperatuuri ja viskoossust saab reguleerida ning seda saab ka funktsionaliseerida, et tagada juhtivus või isolatsioon, et vältida elektrilist korrosiooni, näiteks elektrilist korrosiooni süsinikkiu ja alumiiniumi või terase vahel.
Uuenduslike keevituslahenduste tulemused
Selle lahuse liitekoefitsient on 80%~ 90%. Vuugikoefitsient vastab keevitustugevusele ja seda kasutatakse metallide, plastide ja komposiitmaterjalide puhul. Ühel ringil tehtud nihketestil kahel eelnevalt kuumutatud plaadil, mis olid selle lahuse abil kokku keevitatud, saadi 80–90% keevitamata autoklaavitud võrdlusplaadi jõudlusest. Nendes testides kasutati ühesuunalisi rihmasid, mis olid valmistatud Hextow AS7 süsinikkiust ja Arkema Kepstan 7002 PEKK -st.
Keevitamise uuenduslikke lahendusi saab kasutada igasuguste aluspindade keevitamiseks: PE, PA, PEKK, PEEK ja süsiniku-, klaas- või aramiidkiuga tugevdatud termoplastilised komposiidid. Lisaks saab välklampide vältimiseks keevitada ka vaskvõredega komponente, mis on lennunduskonstruktsioonide tootmise võti. Uuendusliku keevituslahenduse disain on täielikult automatiseeritud, keevituspea on paigaldatud 6-teljelisele robotkäe robotile.
Keevitustemperatuuri reguleerimine
Metallvõrkude vastuvõtjate tavaline probleem magnetvälja all on keevitatud osade ebaühtlane temperatuurijaotus. Lahendus kontrollib seda, kasutades keevitusliidese sulatamiseks suskeptorit, temperatuuri tajumiseks laserpüromeetrit, mis tegelikult mõõdab sustseptori serva küljelt. Seetõttu on liidese täpne temperatuur teada. Jahutusmeetodeid kasutatakse ka temperatuuri reguleerimiseks ja termoplastilise materjali täielikuks kristalliseerumiseks kogu keevitusprotsessi vältel.
Tugevam naha keevitamise test
Airbus'i tütarettevõte STELIA on selle induktsioonkeevitusprotsessi üks esimesi kliente. IS Group ja Arkema viisid STELIA jaoks läbi spetsiaalse uuringu, keevitades 7 kihti süsiniku-/PEKK -stringereid 14 nahakihile ja kattes need välklampide vältimiseks vaskvõredega. Lõppeesmärk on keevitada konstruktsioon, mille pikkus on 30 meetrit, sirgjoon ja kahekordne kõver osa. Komponendid on valmistatud 194 g / m² ühesuunalise teibiga, sealhulgas Tenax HST45 süsinikkiust ja Kepstan 7002 PEKK -st. STELIA määrab homogeense keevisõmbluse, mille mehaanilised omadused on suuremad kui 85% autoklaavis kõvastatud võrdlusmaterjalist ning liimi termilised või mehaanilised omadused ei halvene. STELIA nõudis ka tugeva protsessi väljatöötamist liimikihi paksuse muutmiseks. IS Group viis läbi keevitatud komponentide keemilisi ja jõudluskatseid.
IS Group ja Arkema suutsid täita STELIA [39] nõudeid, saavutades rohkem kui 85% ühe ringi nihke- ja vahekihtide nihketugevusest, võrreldes autoklaavis kõvastatud võrdluslaminaadiga. Komponentlaminaadis või piksekaitsevõres ei esine levikut ega lagunemist. Ainus puudus on kiirus. STELIA nõuab, et keevituskiirus oleks suurem või võrdne 1 m/min. Praegu on selle lahenduse kiirus 0,3 meetrit minutis. Keevitatava alusmaterjali paksuse osas saab lennunduskonstruktsioonide tüüpilise paksuse keevitada ja 5 mm paksuste osade külge keevitada 5 mm paksused osad.
Tehnilised võimalused ja väljakutsed
IS Group ja Arkema on uuenduslike keevituslahenduste tehnoloogia kaasomanikud ning on kaitsnud tehnoloogiat usaldusväärse patendiportfelli kaudu, mis sisaldab juba viit Prantsuse ja rahvusvahelist patenditaotlust. Uuenduslikku keevituslahendust saab kasutada mis tahes termoplastilise komposiitmaatriksiga ning IS Group demonstreerib tehnoloogiat Euroopa ja Ameerika ettevõtetega koostööplaani abil. Arkema jaoks keskendutakse PEKK -le, mis sõlmis 2018. aastal Hexceliga strateegilise liidu, et arendada tulevastele lennukitele süsinik-/termoplastvööd, keskendudes klientidele madalamate kulude ja kiirema tootmiskiiruse pakkumisele. Partnerluse raames loob Prantsusmaa ühise uurimis- ja arenduslabori.
Kohanemisvõimeliste struktuuride jaoks mõeldud 13,5 miljoni euro suurune 48-kuuline kõrgelt automatiseeritud integreeritud komposiitprojekt on jätkuks Arkema ja Hexceli vahelisele strateegilisele liidule. Projektiga optimeeritakse komposiitosade tootmisel kasutatavate materjalide projekteerimist ja tootmist, et saavutada konkurentsivõimelised kulud. Samuti töötatakse välja tõhusam komposiitmaterjalide paigutuse/paigutuse tehnoloogia, samuti uus süsteem veebikvaliteedikontrolliga, et koguda lõplikud osad keevitamise teel. Sihtrakendused hõlmavad õhusõidukite põhistruktuuri, autotööstuse konstruktsiooniosi ning nafta- ja gaasitööstuse torujuhtmeid. Termoplastiliste materjalide pakutavad ringlussevõetavuse ja jätkusuutlikkuse eelised on samuti nende turgude jaoks olulised ning neid demonstreeritakse ja kvantifitseeritakse projektis.
Võrreldes 2017. aastaga on üks eeliseid, mida uuenduslikud keevituslahendused võivad pakkuda, nõutava võimsuse vähenemine rohkem kui 50% võrreldes dünaamilise induktsioonkeevitusprotsessiga. Tavalise induktsiooni korral on pinna soojendamiseks vaja suurt võimsust, kuid liidesel olevate vastuvõtjatega on kuumutatud pind palju väiksem ja vajalik energia palju väiksem. See aitab vältida ka stringeraadiuse vibratsiooni. Kui kuumutamist on liiga palju, pehmendab see materjali raadiusel ja liigutab kiud sinna. Siiski on endiselt soojuse hajumise probleem. Lamedate vormide puhul on termokontroll väga lihtne, kuid kuju keerukuse kasvades muutub see keerukamaks. Praegu on peamine eesmärk jätkata tüüpilise ulatusega naha ülemise tala keevitamise arendamist ja saavutamist ning siiani on fookuses tehnoloogia tutvustamine uude lennukite arengukavasse.