Embed Size (px)
Citation preview
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
1
Rezumatul fazei 8
Lucrarea „Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice”, este in faza VIII-a a Proiectului Nucleu PN 09 – 160 102, si se constituie ca faza suplimentara pentru anul 2012, cu denumirea „Caracterizarea structurala si functionala microîmbinare termosonică / termocompresie a materialelor noi, biocompatibile si cu memoria formei din grupelor de materiale de bază Ti6Al4 V, NiTiCu, CuZnAl, analiza termografica si microscopie SEM’’ .Se urmareste elaborarea, dezvoltarea si examinarea de tehnologii de imbinare a materialelor ingineresti, in vederea optimizarii si crearii unei baze interne de date, elaborare de tehnologii si obtinerea de rezultate noi prin experimente factoriale complete, utilizind aparatura de investigatie de tip analiza termografica si microscopie digitala.
Lucrarea este structurata pe 6 capitole si anume: Capitolul 1. Experimentari tehnologice suplimentare de imbinare termosonica utilizind aparatura
specializata, analiza termografica si microscopie. Echipamente si materiale pentru programul experimental
Sudarea cu ultrasunete a conductorilor monofilari sau multifilari pe placi din materiale conductoare incluzand materiale avansate este un procedeu fezabil si care confera avantaje legate de calitatea imbinarilor sudate, lipsa materialelor de adaos, eliminarea automata a oxizilor prin contactul mecanic la frecvente de vibratie ridicate, dar si unele dezavantaje survenite din nevoia unui contact mecanic pe ambele parti ale sudurii, implicit o forta aplicata pieselor ce urmeaza a fi sudate. Astfel geometria suduri este limitata la sudarea prin suprapunere, iar procedeul nu este la fel de rapid ca altele cum ar fi sudarea laser.
Activitatatile realizate in fazele precedente reprezintă evaluarea performanţelor tehnice şi tehnologice, ale echipamentelor prin elaborarea de tehnologii optimizate de microîmbinare a materialelor si utilizarea metodei experimentelor factoriale, in vederea cuantificării rezultatelor programelor experimentale are drept scop o mai buna legătura cauza efect sau legătura dintre factorii de influenta si funcţia obiectiv. Experimentările urmărind fezabilitatea sudarii prin ultrasunete precum si ierarhizarea factorilor de influenta si stabilirea domeniilor optimale de sudare cu ultrasunete a conectorilor din aliaje neferoase. Experimentele preliminare au avut ca scop studierea unui număr cat mai mare de factori de influenta cu un număr cat mai redus de încercări. S-a ales un program experimental cu trei factori de influenta (amplitudine, energie, forţa de apăsare) pe doua nivele, ceilalţi parametrii ramanand constanţi in timpul experimentului.
Prin experimentele sistematice de sudare s-au demonstrat performanţele tehnice şi tehnologice, ale echipamentelor realizate si din acest motiv necesitatea de a continua cercetarile in domeniu, utilizind aparatura performanta, analiza termografica si microscopie optica.
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
2
S-au utilizat echipametele de sudare realizate in cadrul proiectului. Echipamentul este prezentat in figura 2 si are urmatoarele caracteristici:
• Tensiunea de alimentare: 220 V / 50 Hz • Frecventa de lucru: 40 kHz • Generator de ultrasunete: in tehnica PWM • Puterea maxima: 500 W • Transductor cu generator piezoceramic • Reglaj parametrii tehnologici in tehnica digitala • Monitorizare automata a procesului tehnologic
Actionare echipament electromecanic S-au realizat dispozitive de fixare la sudare (nicovala de sudare) adaptate la
reperele sudate (benzi, sarme, table) in aceasta faza a proiectului
Figura 1. Echipament de microimbinare cu ultrasunete: 1. Platforma programabila cu motoare pas cu pas x,y; 2. Platforma programabila cu motor pas
cu pas z; 3. Sistem de programare CNC, EMC; 4. Sistem de vizualizare cu camera rapida si / sau in IR; 5 Ansamblul rezonator ultrasonic 40kHz; 6. Generator ultrasonic 40 kHz
Experimentarile au avut in vedere microimbinarea de materiale de tip benzi de NiTiCu sau CuZnAl, folie cupru, sau sirme de thantal sau NiTiCu, pe suport din tabla de nichel sau plachete din materile biocompatibileTi6Al4V si suplimentar CuNiAl Pentru experimentari s-au folosit materiale dupa cum urmeaza :
3
2
6
41
5
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
3
• Materiale suport: a) Plachete :
- Ti6Al4V cu diametrul de 10 mm si grosime de0,3mm;0,5mm;0,8mm. - CuNi5Al10 cu diametrul de 10 mm si grosime de0,3mm;0,5mm;0,8mm.
b) Table subtiri de Ni99,98 cu diametrul de 13mm si grosime de 0,17mm ; c) Benzi subtiri de Cu 99,95 cu grosimea de 0,05mm si latime de 2,5mm;
• Materiale de microimbinare: a) Sirme din Thantal cu sectiune de 0,65 mmx1,0mm; b) Fire NiTiCu cu grosimea de 20 mm si latime de 3μm; c) Benzi Cu 99,5 cu grosimea de 0,2 mm si latime de 4 mm; d) Bezi Fe73Cr2Ga4P13Si5C3, cu grosimea de 1 μm si latime de 2mm Echipamentul dispune de un sistem centralizat de achizitie si urmarire a datelor de
proces, care include vizualizarea cu camera rapida, posibilitatea urmaririi si controlului cu camera in infra rosu, deplasarea pe trei axe cu program specializat cu comanda numerica si interfata grafica; urmarirea parametrilor de proces timp de sudare, amplitudine, forta de apasare si timp de mentinere, iar ca mod de lucru se poate opta pentru secventiere la sudare in timp sau energie.
Capitolul 2. Elaborararea unui model experimental programat utilizand metoda experimentelor factoriale, in vederea optimizarii tehnologiilor de microimbinare
Incercarile de sudare ale materialelor, de tip plachete de materiale biocompatibile Ti6Al4V sau , folie cupru, sau fire de thantal sau, pe suport din tabla de nichel sau plachete din aliaje ale cuprului CuNIAl au demarat cu un experiment aleator, avand ca scop identificarea zonelor de imbinare. Experimentul aleator serveste la stabilirea unui punct central care permite realizarea sudurii si alegerea factorilor de influenta principali. Cu plecare de la zona optima optinuta in experimentul aleator, zona care permite imbinarea, s-au dezvoltat programme experimentale sistematice, utilizand metoda experimentelor factoriale. Experimentele preliminare au ca scop studierea unui numar cat mai mare de factori de influenta cu un numar cat mai redus de incercari. S-a ales un program experimental cu trei factori de influenta (amplitudine mecanica de vibrare ultrasonica, timp de sudare, forta de apasare) pe doua nivele, ceilalti parametrii ramanand constanti in timpul experimentului. Functia de raspuns avuta in vedere este calitatea imbinarii.
Aprecierea calitatii imbinarii se face pe baza aspectului vizual al sudurii (amprentarea sudurii) si caracteristicile amprentei de rupere a sudurii (dimensiuni, defecte, contact). Se doreste deasemenea, o ierarhizare a factorilor de influenta. Astfel, se iau cei trei factori de influenta (amplitudine, energie, forta de apasare) si se variaza pe cele doua extreme, la nivelul superior si inferior al punctului central (imbinarea optima din experimentul aleator), care permit inca obtinera unei imbinari sudate. In tabelul 1 este prezentata matricea generala a programului experimental EFC23 in valorui codificate de „1” si „-1”.
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
4
Tabel 3.1 Matricea program a experimentului factorial comlet EFC 23
P= presiune (proportionala cu forta de apasare a sonotrodei); A= amplitudine; b= coeficienti de regresie. y= b0+� bj * Xj y = b0+ b1E+ b2P+b3A y = b0+ b1E+ b2P+b3A+bEPEP+ bEAEA+bPAPA+ bEPAEPA buj= �xijxiuyiu / N
Programul experimental propus are ca obiectiv evidentierea directiei de deplasare catre optimul functiei obiectiv, implicit o calitate optimala a imbinarii sudate. Programul astfel propus ofera posibilitatea participarii tuturor factorilor de influenta considerati, in cu puncte de aplicare, la limitele de la marginea domeniului explorat.
Cu plecare de la matricea generala a progranului experimental s-au dezvoltat programe parametrice de sudare pentru cuplurile de materiale destinate programului experimental.
Capitolul 3. Experimentari sistematice de microimbinare ultrasonica a a materialelor noi, biocompatibile si cu memoria formei din grupelor de materiale de bază Ti6 Al4 V, NiTiCu, CuZnAl,, in configuratie disimilara.
Respectand programul experimental complet EFC 23, dezvoltat in capitolul precedent si cu plecare de la un punct central considerat ca si cunoscut din experimentarile efectuate in faza precedenta, s-a recurs la incercari de sudare aplicand parametrii corespunzatori valorilor codificate din tabelul 2. Pentru stabilirea valorilor parametrice la limita (nivel superior / inferior) s-au efectuat experimente aleatorii care permit inca obtinerea de suduri la valori extreme ale factorilor considerati. Acest mod de lucru s-a pastrat pentru toate cuplurile de materiale studiate.
Nr. inc. N
Media x0
Factori de influenta cu 2 nivele
Interactiuni Functia obiectiv
t P A tP tA PA tPA y
1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 y1
2 +1 1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 y2
3 +1 -1 1 -1 -1 +1 -1 +1 y3
4 +1 1 1 -1 +1 -1 -1 -1 y4
5 +1 -1 -1 1 +1 -1 -1 +1 y5
6 +1 1 -1 1 -1 +1 -1 -1 y6
7 +1 -1 1 1 -1 -1 +1 -1 y7
8 +1 1 1 1 +1 +1 +1 +1 y8
Coef. b0 b1 b2 b3 bEP bEA bPA bEPA -
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
5
In imaginile din figura 2 sunt prezentate imbinari termosonice reprezentative pe suport din materiale biocompatibile Ti6Al4V cu materiale de sudare de thantal, aliaje NiTiCu, aliaje ale cuprului CuNiAl,realizate in regimuri tehnologice programate.
Figura 2. Microimbinari termosonice material de baza a) NiTiCu/ Ni; b) Ti6AlV/Ta ; c) CuNiAl/Cu; d) Cu / AlMgSi3; e) AlMgSi3/ Ti6Al4V
In cadrul experimentarilor sistematice se are in vedere obtinerea si optimizarea de
zone tehnologice de microimbinare cu indicarea principalilor factori de influenta, a interactiunilor dintre acestia si a nivelelor de efect, asupra functiilor obiectiv.
Cuantificare rezultatelor experimentale au aratat pentru fiecare cuplu de materiale zonele optime de imbinare cu sublinierea factorilor de influenta si interactiunilor dintre acestia, oferindu-se totodata o baza de date cu indicatii la sudarea materialelor avansate.
Rezultatele s-au obtinut prin experimente factoriale complete dupa cum este aratat interpretarea cu program specializat de analiza statistica in exemplul din figura 3, unde este reprezentata grafic influenta factorilor de impact si a interactiunilor dintre acestia, pentru microimbinarea disimilara, material biocompatibil Ti6Al4V (D=12mm, gros1,5mm), cu fire de aliaj de aluminiu, AlMgSi3 ( D =1,2mm)
A B C
D E
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
6
Figura 3. Reprezentarea grafica a interpretarii statistice in ceea ce priveste evolutia Rm in cazul microimbinarilor pentru cuplul de materiale Ti6A4V / AlMgSi3
In figura 3 sunt aratate statistic nivelele de efect ale factorilor de influenta si a
interactiunilor dintre acestia, respectiv suprafetele de raspuns corespunzatoare interactiunilor principalele asupra rezistentei mecanice - Rm. Asupra Rm cea mai mare influenta o are factorul amplitudine A, iar ca interctiune t – A, urmate de influenta factorului t si interactiunea P - A . In suprafata de raspuns se observa tendinta scaderii Rm la valori ridicate ale factorilor A (amplitudine) si t, valoarea maxima a Rm obtinandu-se la A minim si t maxim. In interactiunea A – P este favorizata cresterea Rm pentru valori scazute ale P si A. S-a procedat de aceeasi maniera pentru toti factorii obiectiv (aspectul amprentarii la sudare ; aria suprafetei de rupere si rezistenta mecanica) si pentru toate cuplurile de materiale. Sunt create premisele unei baze consistente de date in ceea ce priveste zonele de optim, factorii de influenta si interactiunile dintre acestia la sudarea similara si disimilara a aliajelor neferoase. Analiza statistica a microimbinarilor CuNiAl (D=10mm, gros 03mm) cu fire de cupru (D=1,2mm) evidentiaza importanta factorilor de influenta si interactiunilor dintre acestia asupra calitatii microimbinarii sudate. In figura 4 sunt aratate statistic nivelele de efect ale factorilor de influenta si a interactiunilor dintre acestia, respectiv suprafetele de raspuns corespunzatoare interactiunilor principalele asupra rezistentei mecanice - Rm. Asupra Rm cea mai mare influenta o are factorul amplitudine A, iar ca interctiune t – A, urmate de influenta factorului t si interactiunea P - A . In suprafata de raspuns se observa tendinta scaderii Rm la valori ridicate ale factorilor A (amplitudine) si t, valoarea maxima a Rm obtinandu-se la A minim
C
ABC
A
AC
AB
B
BC
9080706050403020100
Term
Effect
81.55
A t [s]B P [bar]C A [%]
Factor Name
Pareto Chart of the Effects(response is Aspect vizual [1-5], Alpha = 0.05)
Lenth's PSE = 21.6645
1.3
1.21
1.1
2
0.8
3
1.01.0
1.2
a ar iei amprentei [mm2]
P [bar]
t [s]
A [%] 55Hold Values
Surface Plot of Media ariei amprentei [mm2] vs P [bar], t [s]
100
0
75
25
50
75
0.81.0 50
1.2
a ar iei amprentei [mm2]
A [%]
t [s]
P [bar] 0.95Hold Values
Surface Plot of Media ariei amprentei [mm2] vs A [%], t [s]
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
7
si t maxim. In interactiunea A – P este favorizata cresterea Rm pentru valori scazute ale P si A.
Figura 4. Reprezentarea grafica a interpretarii statistice in ceea ce priveste evolutia Rm in cazul microimbinarilor pentru cuplul de materiale CuNiAl (D=10mm, gros 03mm) cu fire de cupru
(D=1,2mm)
In figura 5 sunt aratate statistic nivelele de efect ale factorilor de influenta si a interactiunilor dintre acestia, respectiv in figurile 6A, 6B și 6C suprafetele de raspuns ale interactiunilor principalele asupra suprafetei amprentate la sudare. Asupra amprentarii la sudare (aspectul vizual), cea mai mare influenta o are forța de apăsare ca factor de influenta principal iar ca interactiune principala timpul de sudare t cu forta de apasare la sudare P pe acelasi nivel. In suprafata de raspuns se observa o imbunatatire a aspectului suprafetei amprentate la sudare la nivele scazute ale P, respectiv t ridicat. In ceea ce priveste influenta amplitudinii, ca factor de influenta, se observa imbunatatiri ale aspectului suprafetei amprentate la valori ridicate ale acesteia
AB
B
ABC
AC
A
C
BC
50403020100
Term
Effect
47.43
A t [s]B P [bar]C A [%]
Factor Name
Pareto Chart of the Effects(response is Aspectul vizual [1-5], Alpha = 0.05)
Lenth's PSE = 12.6
90
800
2
70
4
1.4
6
601.61.8
Rm [N/mm2]
A [% ]
P [bar]
t [s] 0.48Hold Values
Surface Plot of Rm [N/mm2] vs A [%], P [bar]
90
803
4
70
5
6
0.50 600.55
0.60
Rm [N/mm2]
A [%]
t [s]
P [bar] 1.4Hold Values
Surface Plot of Rm [N/mm2] vs A [%], t [s]
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
8
Figura 5. Reprezentarea statistica grafica a evolutiei amprentarii la sudare (aspectul vizual) a cuplului CuNiAl / Cu 99,95, importanta factorilor de influenta si a interactiunilor dintre acestia
In cazul unor aplicatii industriale din industria electronica, electrotehnica se
coreleaza banca de date astfel obtinuta, functie de cerintele produsului, urmarindu-se maximizarea functiilor obiectiv dorite. In activitatea industriala, se pot, astfel realiza tehnologii de imbinare pentru diferite tipodimensiuni de materiale din clasa conectorilor din aliaje neferoase sau din aliaje de materiele avansate, biocompatibile si cu memoria formei
BC
AC
B
AB
C
ABC
A
0.350.300.250.200.150.100.050.00
Term
Effect
0.3148
A t [s]B P [bar]C A [%]
Factor Name
Pareto Chart of the Effects(response is Media ariei amprentei [mm2], Alpha = 0.05)
Lenth's PSE = 0.083625
A
90
801.2
1.3
70
1.4
1.5
0.50 600.55
0.60
ar iei amprentei [mm2]
A [%]
t [s]
P [bar] 1.4Hold Values
Surface Plot of Media ariei amprentei [mm2] vs A [%], t [s]
B
90
801.2
1.3
70
1.4
1.4601.6
1.8
ar iei amprentei [mm2]
A [%]
P [bar]
t [s] 0.48Hold Values
Surface Plot of Media ariei amprentei [mm2] vs A [%], P [bar]
C
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
9
Tabel 1 Banca de date a experimentarilor de microimbinare ale aiajelor neferoase cu aplicatii in industria conectorilor
Nr
Crt.
Cuplu Mat. F.I.
Interact.
Princip.
F.O. Max.
t (s) P (bar) A (%) Asu
d Aru
p Rm Sarma Suport Interva
l Princip
. mic
mare
Interval
Princip.
mic
mare
Interval
Princip.
mic
mare
1 Al4043
Ø 1.2mm
Ti6Al4V
D=10mm
0.8 – 1.2
1.2
0,9 - 1,3
x 1.3
60 - 100
100 t-P x
2 0.8 1,3 x 100 t-A x
3 0.8 x 60 t-A x
4 Cu
Ø 0.8mm
CuNiAl
0.5 mm
0.12 -0.18
0.18
0,8 - 1
0.8
70 - 90
x 90 P-A x
5 0.18 x 1 70 t-A x
6 0.18 x 0,8 70 t-A x
7 Thantal
1,6x1,2
mm
CuNiAl
0.8 mm
0.14 - 0.18
x 0.18
0.8 – 1.2
40 - 60
- x
8 0.14
0.8 x 60 t-A x
9 x 0.18 1.2 40 t-P x
10 Al4043
Ø 1.2mm
Cu
0.8 mm
1.2 - 1.8
1.9
1.1 – 1.3
1.3
80 - 100
x 100 t-P x
11 1.1 x 1.3 100 P-A x
12 1.9 1.1 x 80 t-A x
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
10
Capitolul 5 Caracterizarea structurala si functionala microîmbinare termosonică a materialelor din grupelor de materiale de baza, Ti6Al4 V, NiTiCu, CuNiAl, in configuratie disimilara prin analiza termografica si microscopie In vederea caracterizarii structurale a microimbinarilor ,in cadrul programului experimental, s-au realizat investigatii prin analize de termografie si microscopie digitala, pentru a putea compara regimuri tehnologice de microimbinare la parmetrii de sudare programati, forta de sudare, timp de sudare si amplitudine de sudare programabila. Experimentarile tehnologice de imbinarea termosonica Ti6Al4V /AlMgSi3 analizate prin termogarafie evidentiaza in imagina din figura 6 pentru regimul tehnologic piesa cu numarul 7, un timp de stabilizare afortei de sudare estimat la 3,2 s, o crestere a temperaturii in proces pina la secunda 5, cu o valoare maxima a temperaturii de cca 60 0 C, urmata de o recire progresiva pina la secunda 9 a procesului de sudare.Analiza comparativa a esantioanelor realizate in in programul experimental, coroborate cu analiza experimentului factorial permit orientarea programarii parametrilor tehnologice, forta de sudare, amplitudine microvibratie, timp desudare intr-o zona a tehnologiilor robuste.
Figura 6. Reprezentarea elemenelor de caracterizare a procesului de imbinare termosonica
Ti6Al4V cu fir din aliaj de aluminiu AlMgSi3
In imaginea din figura 7 sunt prezentate elemente de caracterizare structurala prin analiza de microscopie a imbinarilor sudate Ti6Al4V /AlMgSi3.
Figura 7. Reprezentarea elementrlor de caracterizare structurala a imbinari termosoniceTi6Al4V
cu fir din aliaj de aluminiu AlMgSi3
x
A B
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
11
Imaginea din figura 7A, reprezinta amprenta striatiunilor sontrodei la nivelul reperului fir de aluminu, inainte de sudare, iar in imaginea din figura 7B, sunt evidentiate urmele de material AlMgSi3, reziduale in amprenta de sudare pe suportul Ti6Al4Mg, dupa realizare probei de desprindere prin debutonare a imbinarii Experimentarile tehnologice de imbinarea termosonica CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm/ fir cupru (D=0,8mm) analizate prin termografie evidentiaza in imaginea din figura 8, pentru regimul tehnologic piesa cu numarul 5, un timp de stabilizare a fortei de sudare estimat la 1,3 s, o crestere a temperaturii in proces pina la secunda 2,2, cu o valoare maxima a temperaturii de cca 60 0 C, urmata de o recire progresiva pina la secunda 8 a procesului de sudare. Analiza comparativa a esantioanelor realizate in in programul experimental, coroborate cu analiza experimentului factorial permit orientarea programarii parametrilor tehnologici, forta de sudare, amplitudine microvibratie, timp de sudare intr-o zona a tehnologiilor robuste.
Figura 8. Reprezentarea elemenelor de caracterizare a procesului de imbinare termosonica CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm) fir cupru (D=1,2mm)
In imaginea din figura 9 sunt prezentate elemente de caracterizare structurala prin
analiza de microscopie a imbinarilor sudate CuNi5Al10 (D=10mm,gros 0,4mm) cu fir de cupru (D=0,8mm). Imaginea din figura 9A, reprezinta amprenta striatiunilor sontrodei la nivelul reperului fir de cupru, dupa operatia de sudare, iar in imaginea din figura 9 B, sunt evidentiate urmele de material Cu99,95, reziduale in amprenta de sudare pe suportul CuNiAl, dupa realizare probei de desprindere prin debutonare a imbinarii
Figura 10. Reprezentarea elementrlor de caracterizare structurala a imbinari termosonice
CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm) fir cupru (D=0,8mm) A- imagina amprenta striatiune sonotroda ; B- urme de material Cu99,95
x
A B
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
12
Experimentarile tehnologice de imbinarea termosonica CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm/ fir Thantal (1,6x1,2mm) analizate prin termografie evidentiaza in imaginea din figura 11, pentru regimul tehnologic piesa cu numarul 3, un timp de stabilizare a fortei de sudare estimat la 1,4 s, o crestere a temperaturii in proces pina la secunda 2,8 cu o valoare maxima a temperaturii de cca 110 0 C, urmata de o racire progresiva pina la secunda 8 a procesului de sudare. Analiza comparativa a esantioanelor realizate in in programul experimental, coroborate cu analiza experimentului factorial permit orientarea programarii parametrilor tehnologici, forta de sudare, amplitudine microvibratie, timp de sudare intr-o zona a tehnologiilor robuste.
Figura 11. Reprezentarea elemenelor de caracterizare a procesului de imbinare termosonica CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm/ fir Thantal (1,6x1,2mm)
In imaginea din figura 12 sunt prezentate elemente de caracterizare
structurala prin analiza de microscopie a imbinarilor sudate CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm/ fir Thantal (1,6x1,2mm). Imaginea din figura 12A, reprezinta amprenta striatiunilor sontrodei la nivelul reperului fir de thantal, dupa procesul de sudare, iar in imaginea din figura 12B, sunt evidentiate urmele de material thantal, reziduale in amprenta de sudare pe suportul CuNi5Al10 dupa realizare probei de desprindere prin debutonare a imbinarii
Figura 12. Reprezentarea elementrlor de caracterizare structurala a imbinari termosonice
CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,4mm/ fir Thantal (1,6x1,2mm) A- imagina amprenta striatiune sonotroda ; B- urme de material thantal
B A
x
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
13
Experimentarile tehnologice de imbinarea termosonica CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,3 mm/ folie cupru (4x2,2mm) analizate prin termografie evidentiaza in imaginea din figura 13, pentru regimul tehnologic piesa cu numarul 3, un timp de stabilizare a fortei de sudare estimat la 3,3 s cu o crestere a temperaturii in proces pina la secunda 4,3 cu o valoare maxima a temperaturii de cca 60 0 C, urmata de o racire progresiva pina la secunda 11 a procesului de sudare. Analiza comparativa a esantioanelor realizate in in programul experimental, coroborate cu analiza experimentului factorial permit orientarea programarii parametrilor tehnologici, forta de sudare, amplitudine microvibratie, timp de sudare intr-o zona a tehnologiilor robuste.
Figura 13. Reprezentarea elemenelor de caracterizare a procesului de imbinare termosonica
CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,3 mm/ folie cupru (4x0,2mm)
In imaginea din figura 14 sunt prezentate elemente de caracterizare structurala prin analiza de microscopie a imbinarilor sudate CuNiAl (D=10mm,gros / folie cupru (4mmx0,2mm). Imaginea din figura 14 A, reprezinta amprenta striatiunilor sontrodei la nivelul reperului folie de cupru, dupa operatia de sudare, iar in imaginea din figura 14B, sunt evidentiate urmele de material Cu99,95, reziduale in amprenta de sudare CuNiAl, dupa realizare probei de desprindere prin debutonare a imbinarii
Figura 7. Reprezentarea elementrlor de caracterizare structurala a imbinari termosonice
CuNi5Al10 (D=10mm, gros 0,3 mm/ folie cupru (4x2,2mm) A- imagina amprenta striatiune sonotroda ; B- urme de material Cu99,95
A B
x
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
14
Capitolul 6 Concluzii
In cadrul lucrarii s-au efectuat experimentari tehnologice de microimbinare in
cadrul unui program sistematic.
6.1 Materialele supuse experimentarilor au fost : • Materiale suport:
a) Plachete : - Ti6Al4V cu diametrul de 10 mm si grosime de 0,3,mm;0,5mm;0,8mm;
- CuNiAl cu diametrul de 10 mm si grosime de 0,3,mm;0,5mm;0,8mm; b) Table subtiri de Ni99,98 cu diametrul de 13mm si grosime de 0,17mm ; c) Benzi subtiri de Cu 99,95 cu grosimea de 0,05mm si latime de 2,5mm;
• Materiale de microimbinare: e) Sirme din Thantal cu sectiune de 1,6 mmx1,2 mm; f) Sirme din NiTCu cu diametrul de 0,2 mm; g) Benzi NiTiCu cu grosimea de 20 mm si latime de 3μm; h) Benzi CuZnAl cu grosimea de 15 mmsi latime de 2μm; i) Bezi Fe73Cr2Ga4P13Si5C3, cu grosimea de 1 μm si latime de 2mm
6.2 Programul experimental a fost realizat pe baza unor tehnologii de microimbinare in care parametrii utilizati, respectiv timp de sudare, forta de apasare la sudare si amplitudinea de vibrare ultrasonica, au fost alesi dupa un model experimental programat, utilizand metoda experimentelor factoriale si care sa satisfaca cerintele rezultate din documentele normative, cerintele privind aceste categorii de materiale si aplicatii.
6.3 S-au obtinut imbinari ale unor perechi de materiale disimilare si care au fost caracterizate de probele efectuate. La stabilirea programului experimental s-a proiectat si utilizat un experiment factorial complet, din analiza statistica a caruia au rezultat urmatoarele:
- Se evidentiaza factorul principal de influenta (timp de sudare, forta de apasare la sudare si amplitudinea) si interactiunea principala care au efect predominant la maximizarea functiilor obiectiv (amprentarea la sudarea, suprafata de rupere si rezistenta mecanica), a experimentarilor de microimbinare ale aiajelor neferoase cu aplicatii in industria conectorilor. Parametri principali, prezentati in tabelul 2, respectiv timpul de sudare, forta de apasare la sudare, amplitudinea de vibrare ultrasonica, constitue de fapt tehnologiile de sudare optime pentru microimbinarea materialelor neferoase prezentate.
-Sunt create premisele unei banci de date pentru microimbinarea similara si disimilara a 4 cupluri de aliaje neferoase, pentru 3 de conectori tip sarma si 2
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice
15
grosimi de suport, pentru materiale avansate biocompatibile si cu memoria formei, Ti6Al4V, NiTiCu,CuZnAl,CuNiAl, NiCr, si de asemenea sunt evidentiati principalii factori de influenta, intereactiunile dintre ei si nivelele de efect ale acestora.
6.4 S-au realizat tehnologii preliminare de microimbinare disimilara a materialelor noi de tip benzi NiTiCu cu memorie a formei pe suport material biocompatibil Ti6Al4V, precum si materiale din familia Ta,NiTiCu.
6.6 Lucrarile realizate corespund in totalitate cu activitatile planificate in cadrul proiectului pentru aceasta etapa.
Responsabil proiect,
Ing.Octavian OANCA
