Program Nucleu PN 16 08 Proiect PN 16 08 102 - Cercetări privind dezvoltarea de scule ultrasonice inovative şi tehnologii ecologice de îmbinare pentru aplicaţii industriale

PN 16 08 102 – f3 / 1

Faza 3 - Realizarea și testarea în condiții de laborator a sonotrodei inovative pentru sudarea suprafețelor cu dispunere spațială.

1. Rezumatul fazei: Faza a treia a proiectului a avut drept scop întreprinderea de activitati avind ca obiect „Realizarea și testarea în condiții de laborator a sonotrodei inovative pentru sudarea suprafețelor cu dispunere spațiala,, respectiv de a proiecta, calibra si experimenta scule ultrasonice pentru îmbinarea materialelor cu dispunere spațială. Lucrarea abordează problema proiectarii si calibrarii functionale pentru sonotrode specializate cu geometrie spatiala, in corelare cu influența geometriei suprafețelor active ale sonotrodei calității îmbinării materialelor plastice din familia PVC, POLYPLANE. Lucrarea este structurata in patru capitole: Capitolul 1: Analiza si configuratie structurala sonotrode utilizaind programe software specializate 1.1 Sonotoda specializata monobloc cu 8 lobi activi, aliaj Ti Grade 5, pentru imbinarea materialelor polimerice compozite , Polyplane Dimesiunile geometrice exterioare ale sonotodei monobloc 35 kHz cu opt lobi activi ,cu stiatiuni avind inaltimea de 0,8mm, si pasul 0,8 mm, introduse in programul de simulare sunt prezentate in figura 1.1

Fig. 1.1 Dimesiuni exterioare si interioare ale sonotrodei monobloc 35 kHz cu opt lobi

activi

A

B

PN 16 08

Materiatitan Ti vitezei deste pre

Reprezeactivi, s

Fi

Reprezede 2,921.1.4.

Fig.1

201 – f3 / 2

alul utilizat Grade 5,av

de propagarezentata in d

Fig. 1.

entarea elemsunt prezent

g.1.1.3 Ele

entarea tens2 Mpa, la

1.1.2. Variat

in construcvind caractere a suneteudiagrama di

.1.1. Caract

mentelor de tate in figur

ementele de

siuni axiale,cota X= 17

tia vitezei d

ctia sonotoderisticile meului in matern figura 1.1

teristici mec

caracterizara 1.1.3

caracteriza

, evidentiaz7,0 mm pen

de propagare

ei monobloecanice si acrialul aliaj d

1.2.

canice si acu

are ale sonot

are ale sonotactivi

a un maximntru 1 micr

e a sunetulu

oc 35kHz ccustice prezde titan Ti G

ustice otel d

trodei mon

trodei mon

m rezultat inon amplitud

ui cu temper

cu opt lobi zentate in figGrade 5, in

de inalta rez

nobloc 35 k

nobloc 35 k

n urma simudine, este p

ratura, aliaj

activi estegura 1.1.1. functie tem

zistenta

kHz cu opt l

kHz cu opt l

ularii avind vprezentata i

titan Ti Gra

e aliaj de Variatia

mperatura

obi

obi

valoarea n figura

ade 5

PN 16 08 201 – f3 / 3

Fig. 1.1.4 Tensiunea axiala a sonotrodei monobloc 35 kHz cu opt lobi activi Reprezentarea variatiei amplitudinii de oscilatie in lungul transformatorului de amplitudine evidentaza un punct nodal de oscilatie zero la coordonata X= 25,6 mm, prezentat in figura 1.1.5. Energia de deformatie cumulata - in volum si lineara, in structura interna a sonotrodei monobloc 35 kHz, cu opt lobi activi, are o valoare maxima de 9,78 10-3 Joules, pentru 1 micron amplitudine este prezentata in diagrama din figura 1.1.6. Pierderile de energie cumulate- in volum si lineara, in structura interna a sonotrodei de amplitudine monobloc 35 kHz, are o valoare maxima de 8,3-3 watt, pentru 1 micron amplitudine, este prezentata in diagrama din figura 1.1.7.

Fig. 1.1.5 Reprezentarea variatiei amplitudinii la frecventa 35 kHz, sonotroda monobloc cu opt lobi activi

Fig. 1.1.6 Reprezentare energia de deformatie cumulata - in volum si lineara la frecventa 35 kHz, sonotroda monobloc cu opt lobi activi

PN 16 08

1.2 Sonmateria Reprezeprezent

F Reprezede 2,12 Energiamonobl

201 – f3 / 4

SONOTRSUDA

Fig.1.

notoda spealelor polim

entarea elemate in figura

Fig.1.2.1 E

entarea tensMpa, la co

a de deformloc 35 kHz,

RODA SPEAREA MA

1.8 Sonotro

ecializata mmerice com

mentelor de a 1.2.1

Elementele d

siuni axiale,ota X= 36,7matie cumuare o valoa

ECIALIZAATERIALE

oda monoblo

monobloc, mmpozite

caracteriza

de caracteriz

, evidentiaz mm pentru

ulata - in vare maxima

ATA , MATELOR POL

oc cu opt lo

material Al

are ale sonot

zare ale son

a un maximu 1 micron avolum si lide 5,78 10-

ERIAL TiGLIMERICE

obi activi 35

l 7075, pen

trodei mon

notrodei mo

m rezultat inamplitudineineara, in s-5 Joules, p

Grade 5 PECOMPOZ

5 kHZ, Ti G

tru sudare

nobloc Al70

onobloc Al7

n urma simue. structura inpentru 1 mic

ENTRU ZITE

Grade 5

e sudarea

075 , 35 kH

7075, 35 kH

ularii avind v

nterna a soncron amplitu

Hz, sunt

Hz

valoarea

notrodei udine.

A

B

PN 16 08

Pierderiamplituamplitu

Repreze35 kHz

Reprezede 2,61 Energiamonoblmicron

P

201 – f3 / 5

ile de energudine monoudine.

Fig.1.2

entarea elem, sunt preze

Fig.1.3.1

entarea tensMpa, la co

a de deformloc 35 kHzamplitudin

SOPENTRU S

gie cumulateobloc 35 kH

.6 Sonotrod

mentelor de entate in figu

1 Elemente

siuni axiale,ota X= 58,3matie cumu, cu doi lobe .

NOTRODASUDAREA

e- in volumHz, are o

da monoblocmater

caracterizaura 1.3.1

ele de caract

, evidentiaz mm pentru

ulata - in vbi activi, ar

A SPECIAA MATERI

m si lineara, valoare m

c 35 kHz,mrialelor polim

are ale sonot

terizare ale

a un maximu 1 micron avolum si lire o valoare

ALIZATA MALELOR

in structuraaxima de

material Al70merice

trodei mon

sonotrodei

m rezultat inamplitudineineara, in se maxima d

MONOBLOPOLIMER

a interna a tr1,30-3 watt

075, pentru

nobloc din m

,TiGrade 5

n urma simue. structura inde 3,11 10-4

OC Al 7075RICE COMP

ransformatot, pentru 1

sudarea

material Ti G

, 35 kHz

ularii avind v

nterna a son4 Joules, p

5 POZITE

orului de micron

Grade 5

valoarea

notrodei pentru 1

PN 16 08

Pierderiamplituamplitu 1.3 Sonpolime

1.4 Sonpolime ReprezeAl7075,

201 – f3 / 6

PE

PE

ile de energudine monoudine.

notoda sperice compo

Fi

notroda sprice compo

entarea elem, 35 kHz , su

SONENTRU SU

SONOENTRU SU

gie cumulateobloc 35 k

ecializata mozite

ig.1.3.6 Son

ecializata mozite

mentelor de unt prezent

NOTRODAUDAREA

OTRODA SUDAREA

e- in volumkHz, are o

monobloc a

notroda mon

monobloc

caracterizaate in figura

A SPECIALMATERIA

SPECIALIZMATERIA

m si lineara, valoare m

aliaj titan T

nobloc Ti G

extrudat A

are ale sonota 1.4.1

LIZATA Al7ALELOR P

ZATA Ti GALELOR P

in structuramaxima de

i Grade 5, p

Grade 5, frec

Al7075, pen

trodei spec

7075 OLIMERIC

Grade 5 OLIMERIC

a interna a tr2,6-3 watt,

pentru sud

cventa 35 kH

tru sudare

cializate mon

CE

CE

ransformato, pentru 1

darea mate

Hz

a materiale

nobloc din

orului de micron

rialelor

elor

material

PN 16 08

Fig

Reprezede 1,64 ReprezeevidentEnergiamonoblamplituPierderiamplitumicron

1.5 Sonmateria

201 – f3 / 7

SON

PEN

g.1.4.1 Elem

entarea tensMpa, la co

entarea variaza punctu

a de deformloc extrudaudine. ile de energ

udine monoamplitudin

Fig. 1.

notroda spalelor polim

NOTRODA

NTRU SUD

mentele de

siuni axiale,ota X= 28,3iatiei ampli

ul nodal de omatie cumuat 35 kHz,

gie cumulatebloc extrude.

4.6 Sonotro

ecializata 3merice com

A SPECIALEXT

DAREA MA

caracterizar

, evidentiaz mm pentruitudinii de ooscilatie zerulata - in v

are o val

e- in volumdat 35 kHz

oda monobl

35 kHz monmpozite

LIZATA MOTRUDAT ATERIALE

re ale sonot7075

a un maximu 1 micron aoscilatie in ro la coordovolum si liloare maxim

m si lineara, z, are o val

oc la frecve

nobloc ma

ONOBLOC

ELOR POL

trodei mono

m rezultat inamplitudine

lungul tranonata X= 28ineara, in sma de 6,31

in structuraloare maxim

enta 35 kHz

terial Ti Gr

C Al 7075

LIMERICE

obloc extrud

n urma simue. nsformatoru8,5 mm. structura in10-5 Joules

a interna a trma de 1,4

z, Al7075 e

rade 5, pen

dat, 35 kHz

ularii avind v

ului de amp

nterna a son, pentru 1

ransformato10-3 watt, p

extrudat

ntru sudare

, Al

valoarea

plitudine

notrodei micron

orului de pentru 1

ea

PN 16 08

ReprezeTi Grad

Fig

Reprezede 3,05

Reprezeevident

Energiamonoblamplitu

Pierderiamplitumicron

201 – f3 / 8

SONO

PEN

entarea elemde 5, 35 kHz

g.1.5.1 Elem

entarea tensMpa, la co

entarea variiaza punctu

a de deformloc extrudaudine.

ile de energudine mono

amplitudin

Fig.

OTRODA S

NTRU SUD

mentelor de z , sunt prez

mentele de c

siuni axiale,ota X= 24,7

iatiei ampliul nodal de

matie cumuat 35 kHz,

gie cumulatebloc extrude.

. 1.5.6 Sono

SPECIALIZEXT

DAREA MA

caracterizazentate in fi

caracterizar

, evidentiaz mm pentru

itudinii de ooscilatie ze

ulata - in vare o valo

e- in volumdat 35 kHz

otroda mono

ZATA MONTRUDAT ATERIALE

are ale sonotgura 1.5.1

re ale sonotr5, 35 kHz

a un maximu 1 micron a

oscilatie in ero la coordo

volum si lioare maxim

m si lineara, z, are o val

obloc la frec

NOBLOC

ELOR POL

trodei spec

rodei monob

m rezultat inamplitudine

lungul tranonata X= 25

ineara, in sma de 1,13

in structuraloare maxim

cventa 35 k

Ti Grade 5

LIMERICE

cializate mon

bloc din ma

n urma simue.

nsformatoru5,3 mm.

structura in10-3 Joules

a interna a trma de 9,6

kHz, Ti Gra

5

nobloc din

aterial Ti Gr

ularii avind v

ului de amp

nterna a sons, pentru 1

ransformato10-3 watt, p

ade 5

material

rade

valoarea

plitudine

notrodei micron

orului de pentru 1

PN 16 08 201 – f3 / 9

Capitolul 2: Testarea în condiții de laborator a sonotrodelor inovative pentru sudarea suprafețelor cu dispunere spațială 2.1 Materiale pentru sudare ultrasonica Un material compozit structurat acoperit, figura 2.1, este de regula alcatuit dintr-o baza de material tesut, stabilizat si protejat de acoperiri pe ambele parti. Pentru ingineria structurilor de tensiune, cele mai comune alegeri sunt materialele din Poliester invelite in PVC. Invelisul din PVC contine aditivi care includ stabilizatori de raze ultraviolete, inhibatori de foc, agenti de colorare si agenti fungici. Materialele compozite de calitate, reprezinta o alegere a lacurilor de protectie PVDF(Polimer fluorinat) care sporesc posibilitatea de curatare mai usoara a membranei PVC. Pentru a imbunatati acest lucru si pentru a-i mentine translucenta, producatorii specializati ofera o gama larga de produse, inclusiv lac PVDF pe ambele parti ale materialului, perfect sudabile.

Figura 2.1 Sectiune tipica a materialului compozit acoperit cu PVC-Poliester Tehnologia de fabricatie a membranelor polimerice compozite, figura 2.2 implica laminarea materialului de baza poliester tesut cu foliile de acoperire din materialul de acoperire PVC, prin utilizarea tehnologiilor de imbinare ultrasonice.

Figura 2.2 Schematizare proces tehnologic de fabricatie a materialului compozit acoperit cu PVC-Poliester

Materialul polimer compozit utilizat in programele experimentale este de tip H5560, 680g /m2, RAL 9006 . Caracteristicile tehnice pentru acest material sunt, rezistenta la impact (grindina, produse granulare, nisip) 300N, conformDIN 53363, rezistenta la temperatura -300 C + 700 C, conform DIN EN 1876-1, rezistenta la foc, max. 100mm/min, conform ISO 3795, rezistenta la radiatii UV si IR, 7-8 conform ISO 105 B02.

Strat superior

Strat adeziv

Baza stratului

Material de baza

Stratul de adeziv Invelis principal Grund principal

PN 16 08 201 – f3 / 10

Pentu progrqamul experimental s-au utilizat urmatoarele materiale: • Material support :

a) Folie material compozit H5560, 680g /m2, RAL 9006 argintiu, gros 0,5 mm, lungime 180mm; b) Folie material compozit H5560, 680g /m2, RAL 9006 argintiu, gros 0,5 mm, lungime 180mm;

2.2 Echipament de sudare specializat Echipamentul de sudare cu ultrasunete HiQ DIALOG 1200, utilizat in programele experimentale, este prezentat in imaginea din figura 2.4 si are urmatoarele caracteristici tehnice:

Fig.2.4 Echipament de sudare cu ultrasunete 35 kHz, 1200W ,HiQ DIALOG 1- Generator de ultrasunete 35kHz; 2- Front panel 15” ; 3- Ansamblul rezonator ultrasonic

9,8μm

- Puterea, min.1200W, 240V/50-60Hz; - Front panel industrial programare si afisare parametrii tehnologici, 15” color; - Software programare parametrii de sudare; - Afisare grafice parametri de sudare; - Afisare parametri realizati - Memorare date proces

3 Experimentari de sudare în condiții de laborator a sonotrodelor inovative pentru sudarea suprafețelor cu dispunere spațială Testarea sonotrodelor inovative s-a realizat prin calibrarea elecroultraacustica a sonotodelor proiectate si realizate la frecventa de oscilatie pentru interfatarea functionala cu echipamentul 35 kHz, 1200W ,HiQ DIALOG. Echipamentul ,35 kHz, 1200W ,HiQ DIALOG este calibrat pentru frecventa minima de functionare de 34.500Hz. Programul experimental a avut in vedere imbinarea materialelor polimerice in varianta de program software echipament , cu timp de sudare programabil. In imaginile din figurile 3.1- 3.5, sunt prezentate rezultatele programului de testare a sonotrodele inovative dezvoltate prin programele software in echiparea echipamentului de sudare cu ultrasunete 35 kHz., 1200W ,HiQ DIALOG.

2

13

PN 16 08 201 – f3 / 11

Fig.3.1 Grafice variatie parametric tehnologici sudare cu sonotroda monobloc 35 kHz , 8 lobi activi, Ti Grade 5

Fig. 3.2 Grafice variatie parametri tehnologici sudare cu sonotroda monobloc 35 kHz , Al 7075

Fig.3.3 Grafice variatie parametri tehnologici sudare cu sonotroda monobloc 35 kHz , Titan Ti Grade 5

PN 16 08 201 – f3 / 12

Concluzii: Rezultate, stadiul realizării obiectivului fazei, concluzii şi propuneri pentru continuarea proiectului

Rezultatele obținute în cadrul fazei III sunt în concordanță cu planul de realizare a proiectului. Rezultatele fazei sunt:

Raport de fază;

Analiza si configuratie structurala sonotrode utilizaind programe software specializate, 5 sonotrode specializate;

Testarea în condiții de laborator a sonotrodelor inovative pentru sudarea suprafețelor cu dispunere spațială, 5 sonotrode specializate;

Elaborare lucrare BID ISIM Nr 4,2016 ,,Optimizarea tehnologiilor de imbinare cu ultrasunete a materialelor polimerice compozite,,

Actualizare bază de date privind stadiul cunoașterii în domeniul ultrasunetelor;

Platformă online actualizata (pagină web) a proiectului,

Fig. 3.4vGrafice variatie parametri tehnologici sudare cu sonotroda monobloc 35 kHz , Al 7075 extrudat

Fig.3.5 Grafice variatie parametri tehnologici sudare cu sonotroda monobloc 35 kHz , Ti Grade 5

PN 16 08 201 – f3 / 13

Proiectul va continua cu o noua fază pentru anul 2017,avind ca denumire „Cercetări experimentale privind dezvoltarea de sonotrode inovative cu capete multiple, interschimbabile”

Responsabil proiect,

SÎRBU Nicușor-Alin