Група Француског института за заваривање (ИС) има више од 100 година искуства у заваривању метала и тренутно постаје лидер у заваривању термопластичних композитних материјала. ИС Гроуп је развила [ГГ] куот; динамичко индукционо заваривање [ГГ] куот; процес, који је коришћен за повезивање једносмерних тракастих трака и омотача трупа од угљеничних влакана/ полиетеркетонекетона (ПЕКК) у ваздушно -космичком термопластичном композитном демонстрационом пројекту компаније Аирбус [ГГ] #39; с СТЕЛИА Аероспаце.
Упркос успеху овог процеса, нема интерфејса на интерфејсу, па постоје ограничења у радијусу перформанси везаних жица и глобалном загревању зидних панела. Сусцептор је материјал постављен између два повезана објекта термопластичног композитног завареног споја, а материјал се загрева помоћу индукционог калема у завареном споју. Сусцептор може бити проводно тело загрејано отпором или магнетно тело загревано хистерезом. Он топи подлогу на интерфејсу заваривања и притиска подлогу заједно да формира заварени спој велике чврстоће. Сусцептор који се користи за индукционо заваривање термопластичних композита првобитно је био метални екран или мрежа, понекад импрегниран полимером.
ИС Гроуп је успоставила партнерство са Аркемом, добављачем термопластичних материјала, ради заједничког развоја и добијања патентиране технологије под називом Венова Инноватион Солутион.
Основа иновативних решења за заваривање
Основа иновативних решења за заваривање је употреба пријемника за загревање интерфејса заваривања, али ово је покретни носач спојен на главу за заваривање. Сусцептор омогућава процесу да савршено лоцира грејно подручје завара, а глава за заваривање са пријемником је покретна, тако да нема остатака у интерфејсу и неће ометати перформансе заварене конструкције. У раним итерацијама индукционог заваривања, пријемник металне мреже остао је у завару, али то није био жељени резултат. Пошто су угљенична влакна у обичним свемирским ламинатима проводљива, најновија технологија је успела да елиминише пријемник, што такође омогућава употребу материјала од угљеничних влакана као пријемника.
Још једна карактеристика иновативног решења за заваривање је употреба чисте термопластичне матрице или слоја са ниским садржајем влакана на граници заваривања ради повећања флуидности смоле. Температура топљења и вискозитет међуслојног слоја се могу подесити, а такође се може функционализовати да обезбеди проводљивост или изолацију како би се спречила електрична корозија, попут електричне корозије између угљеничних влакана и алуминијума или челика.
Резултати иновативних решења за заваривање
Коефицијент споја овог решења је 80%~ 90%. Коефицијент споја одговара чврстоћи заваривања и користи се за метале, пластику и композитне материјале. У тесту смицања у једном кругу на две претходно очвршћене плоче заварене заједно помоћу овог раствора, добијено је 80% до 90% перформанси незаварене, аутоклавиране референтне плоче. Ови тестови су користили једносмерне појасеве од угљеничних влакана Хектов АС7 и Аркема Кепстан 7002 ПЕКК.
Иновативна решења за заваривање могу се користити за заваривање било које подлоге: ПЕ, ПА, ПЕКК, ПЕЕК и термопластичних композита ојачаних угљеном, стаклом или арамидним влакнима. Штавише, компоненте са бакарним решеткама такође се могу заварити ради спречавања удара грома, што је кључ за производњу ваздухопловних конструкција. Дизајн иновативног решења за заваривање је потпуно аутоматизован, са главом за заваривање која је монтирана на робота са 6 осовина.
Контрола температуре заваривања
Чест проблем металних мрежастих пријемника када су изложени магнетном пољу је неравномјерна расподјела температуре заварених дијелова. Решење контролише ово коришћењем пријемника за топљење интерфејса за заваривање, помоћу ласерског пирометра за мерење температуре, који заправо мери ивицу пријемника са стране. Због тога се може знати тачна температура на интерфејсу. Методе хлађења се такође користе да помогну у контроли температуре и осигурају да термопластични материјал може потпуно кристализовати током процеса заваривања.
Испитивање заваривања коже струном
СТЕЛИА, подружница Аирбуса, један је од првих купаца за овај процес индукцијског заваривања. ИС Гроуп и Аркема спровели су специјалну студију за СТЕЛИА -у, заваривши 7 слојева угљеничних/ПЕКК жица на 14 слојева коже и прекривши их бакарним решеткама како би спречили удар грома. Крајњи циљ је заваривање конструкције дужине 30 метара, равне линије и двоструко закривљеног пресека. Компоненте су направљене са једносмерном траком од 194 гсм, укључујући угљенична влакна Тенак ХСТ45 и Кепстан 7002 ПЕКК. СТЕЛИА наводи хомогени завар са механичким својствима већим од 85% референтног материјала очвршћеног у аутоклаву, а термичка или механичка својства лепка неће бити деградирана. СТЕЛИА је такође захтевала развој робусног процеса за промену дебљине лепка. ИС Гроуп је спровела хемијска испитивања и перформансе заварених компоненти.
ИС Гроуп и Аркема су успели да испуне захтеве компаније СТЕЛИА [ГГ] #39; постигли су више од 85% перформансе смицања у једном кругу и интерламинарне чврстоће смицања у поређењу са референтним ламинатом излеченим у аутоклаву. Нема ширења или пропадања у саставном ламинату или мрежи за заштиту од грома. Једини недостатак је брзина. СТЕЛИА захтева да брзина заваривања буде већа или једнака 1 м/мин. Тренутно је брзина овог решења 0,3 метра у минути. Што се тиче дебљине основног материјала који се може заварити, типична дебљина ваздухопловних конструкција може се заварити, а делови дебљине 5 мм могу се заварити на подлогу од 5 мм.
Техничке могућности и изазови
ИС Гроуп и Аркема сувласници су иновативне технологије решења за заваривање и технологију су заштитили кроз поуздан портфељ патената, који већ укључује пет француских и међународних патентних пријава. Иновативно решење за заваривање може се користити са било којом композитном матрицом од термопластике, а ИС Гроуп демонстрира технологију кроз план сарадње са европским и америчким компанијама. За Аркему, фокус је на ПЕКК -у, који је 2018. године са Хекцелом успоставио стратешки савез за развој појасева од угљеника/термопластике за будуће авионе, фокусирајући се на пружање купцима нижих трошкова и веће брзине производње. Као део партнерства, Француска ће основати заједничку лабораторију за истраживање и развој.
13,5 милиона евра, 48-месечни високо аутоматизовани пројекат интегрисаних композита за адаптивне структуре наставак је стратешког савеза између Аркеме и Хекцела. Пројекат ће оптимизирати дизајн и производњу материјала који се користе у производњи композитних дијелова како би се постигли конкурентни трошкови. Такође ће развити ефикаснију технологију постављања/постављања композитних материјала, као и нови систем са онлине контролом квалитета за састављање завршних делова заваривањем. Циљне примене укључују главну структуру авиона, структурне делове у аутомобилској индустрији и цевоводе у индустрији нафте и гаса. Предности рециклирања и одрживости које пружају термопластични материјали такође су важне за ова тржишта и биће показане и квантификоване у пројекту.
У односу на 2017. годину, једна од предности коју иновативна решења за заваривање могу пружити је смањење потребне снаге за више од 50% у поређењу са процесом динамичког индукционог заваривања. Са конвенционалном индукцијом, потребна је велика снага за загревање површине, али са пријемницима на интерфејсу, загрејана површина је много мања, а потребна енергија је много мања. Ово такође помаже у спречавању вибрирања радијуса жице. Ако је загревање превише, омекшаће материјал на радијусу и преместити влакна тамо. Међутим, и даље постоји проблем одвођења топлоте. За равне облике, термичка контрола је врло једноставна, али како се сложеност облика повећава, постаје све изазовнија. Тренутно је главни циљ наставити с развојем и постизањем заваривања горњих греда типичне величине, а фокус је и даље на увођењу технологије у нови развојни план авиона.