קבוצת המכון הצרפתי לריתוך (IS) יש יותר מ -100 שנות ניסיון ריתוך מתכות והוא הופך כיום למוביל ריתוך חומרים מרוכבים תרמופלסטיים. IS Group פיתחה את תהליך "ריתוך אינדוקציה דינמי", אשר שימש לחיבור סיבי פחמן / פוליאתרקטוןקטון (PEKK) מחוטי חגורה חד-כיווניים ועור גוף המטוס בפרויקט ההדגמה התרמוספלסטית של האירוסטיקה והחלל של איירבוס STELIA Aerospace .
למרות ההצלחה של תהליך זה, אין susceptor בממשק, ולכן יש מגבלות בביצועי הרדיוס של stringers מלוכד ואת החימום העולמי של לוחות הקיר. susceptor הוא החומר להציב בין שני האובייקטים מלותבים של המפרק מרותך מרוכבים תרמופלסטי, ואת החומר מחומם על ידי סליל אינדוקציה במפרק מרותך. susceptor יכול להיות גוף מוליך מחומם על ידי התנגדות או גוף מגנטי מחומם על ידי היסטריסיס. הוא ממיס את הבסיס בממשק הריתוך ולוחץ על הבסיס יחד כדי ליצור מפרק מרותך בעוצמה גבוהה. susceptor המשמש ריתוך אינדוקציה של מרוכבים תרמופלסטיים היה במקור מסך מתכת או רשת, לפעמים ספוג עם פולימר.
IS Group הקימה שותפות עם Arkema, ספקית של חומרים תרמופלסטיים, לפיתוח וקבלה משותף של טכנולוגיה מוגנת בפטנט בשם פתרון חדשנות ריתוך.
הבסיס לפתרונות ריתוך חדשניים
הבסיס לפתרונות ריתוך חדשניים הוא השימוש בסמספטורים כדי לחמם את ממשק הריתוך, אך זהו ססקפטור נייד המחובר לראש הריתוך. susceptor מאפשר את התהליך לאתר בצורה מושלמת את אזור החימום של הריתוך, ואת ראש הריתוך עם susceptor הוא נייד, ולכן אין שאריות בממשק ולא יפריע לביצועים של המבנה מרותך. באיטרציות המוקדמות של ריתוך אינדוקציה, susceptor רשת מתכת נשאר ריתוך, אבל זה לא היה התוצאה הרצויה. מאז סיבי הפחמן למינציה אווירונאוטיקה וחלל רגיל הוא מוליך, הטכנולוגיה העדכנית ביותר הצליחה לחסל את susceptor, אשר גם מאפשר את השימוש בחומרי סיבי פחמן כמו susceptor.
מאפיין נוסף של פתרון הריתוך החדשני הוא שימוש במטריצה תרמופלסטית טהורה או בשכבה עם תכולת סיבים נמוכה בממשק הריתוך להגברת נזילות השרף. ניתן להתאים את טמפרטורת ההיתוך והצמיגות של שכבת הממשק, וניתן גם לתפקד אותה כדי לספק מוליכות או בידוד כדי למנוע קורוזיה חשמלית, כגון קורוזיה חשמלית בין סיבי פחמן ואלומיניום או פלדה.
תוצאות פתרונות ריתוך חדשניים
המקדם המשותף של פתרון זה הוא 80%~90%. מקדם המפרקים מתאים לעוצמת הריתוך ומשמש למתכות, פלסטיק וחומרים מרוכבים. במבחן גיזה חד-הברכיים על שתי צלחות שנרפאו מראש מרותכים יחד באמצעות פתרון זה, 80% עד 90% מהביצועים של לוחית הייחוס הלא מגולתת, autoclaved הושג. בדיקות אלה השתמשו בחגורות חד כיווניות עשוי סיבי פחמן Hextow AS7 ו Arkema Kepstan 7002 PEKK.
ניתן להשתמש בפתרונות חדשניים לריתוך כדי לרתך כל סוג של מצע: PE, PA, PEKK, PEEK ופחמן, זכוכית או סיבים תרמופלסטיים מחוזקים. יתר על כן, רכיבים עם רשתות נחושת ניתן גם להיות מרותך כדי למנוע מכות ברק, המהווה את המפתח לייצור מבנים תעופה וחלל. העיצוב של פתרון הריתוך החדשני הוא אוטומטי לחלוטין, עם ראש הריתוך מותקן על רובוט זרוע רובוטית 6 צירים.
בקרת טמפרטורת ריתוך
בעיה נפוצה של susceptors רשת מתכת כאשר נתון לשדה מגנטי היא התפלגות הטמפרטורה הלא אחידה של החלקים מרותכים. הפתרון שולט בכך באמצעות susceptor להמיס את ממשק הריתוך, באמצעות pyrometer לייזר כדי לחוש את הטמפרטורה, אשר למעשה מודד את קצה susceptor מהצד. לכן, הטמפרטורה המדויקת בממשק יכולה להיות ידועה. שיטות קירור משמשות גם כדי לעזור לשלוט בטמפרטורה ולהבטיח כי החומר התרמופלסטי יכול להתגבש באופן מלא לאורך כל תהליך הריתוך.
בדיקת ריתוך עור סטרינגר
STELIA, חברת בת של איירבוס, היא אחת הלקוחות הראשונים לתהליך ריתוך אינדוקציה זה. IS Group וארקמה ערכו מחקר מיוחד עבור STELIA, ריתוך 7 שכבות של פחמן / PEKK stringers ל 14 שכבות של עור וכיסו אותם עם רשתות נחושת כדי למנוע מכות ברק. המטרה הסופית היא לרתך מבנה באורך של 30 מטר, קו ישר ומקטע מעוקל כפול. הרכיבים מיוצרים עם סרט חד כיווני 194 gsm כולל סיבי פחמן Tenax HST45 ו Kepstan 7002 PEKK. STELIA מציין ריתוך הומוגני עם תכונות מכניות הגדולות מ -85% מחומר הייחוס שנרפא על ידי autoclave, ואת המאפיינים התרמיים או המכניים של הדבק לא יתפרק. STELIA דרש גם פיתוח של תהליך חזק לשינוי עובי הדבקה. קבוצת IS ערכה בדיקות כימיות וביצועיות על רכיבים מרותכים.
IS Group ו-Arkema הצליחו לעמוד בדרישות של STELIA, והגיעו ליותר מ-85% מביצועי הגזירה החד-הקפהית וההגה הבין-לינארית בהשוואה למינציה הייחוס שנרפאה על-ידי autoclave. אין התפשטות או השפלה ברשת למינציה או ברק של הרכיב. החיסעון היחיד הוא המהירות. STELIA דורש את מהירות הריתוך להיות גדול או שווה ל 1 מ '/דקה. נכון לעכשיו, המהירות של פתרון זה היא 0.3 מטר לדקה. מבחינת עובי חומר הבסיס שניתן לרתך, ניתן לרתך את העובי הטיפוסי של מבני התעופה והחלל, וחלקים בעובי 5 מ"מ יכולים להיות מרותכים לבסיס של 5 מ"מ.
הזדמנויות טכניות ואתגרים
IS Group ו-Arkema הן הבעלים המשותפים של טכנולוגיית פתרונות ריתוך חדשניים והגן על הטכנולוגיה באמצעות תיק פטנטים אמין, הכולל כבר חמש בקשות פטנט צרפתיות ובינלאומיות. פתרון הריתוך החדשני יכול לשמש עם כל מטריצה מרוכבת תרמופלסטית, וקבוצת IS מדגים את הטכנולוגיה באמצעות תוכנית לשיתוף פעולה עם חברות אירופאיות ואמריקאיות. עבור Arkema, ההתמקדות היא ב- PEKK, אשר יצרה ברית אסטרטגית עם Hexcel בשנת 2018 כדי לפתח חגורות פחמן / תרמופלסטיות למטוסים עתידיים, תוך התמקדות במתן ללקוחות עם עלויות נמוכות יותר ומהירויות ייצור גבוהות יותר. כחלק מהשותפות, צרפת תקים מעבדת מחקר ופיתוח משותפת.
פרויקט מרוכבים משולבים אוטומטיים ביותר של 13.5 מיליון יורו ו-48 חודשים למבנים אדפטיביים הוא המשך לברית האסטרטגית בין Arkema ו-Hexcel. הפרויקט יעלה את התכנון והייצור של חומרים המשמשים לייצור חלקים מרוכבים על מנת להשיג עלויות תחרותיות. היא גם תפתח טכנולוגיית מיקום/פריסה יעילה יותר של חומרים מרוכבים, כמו גם מערכת חדשה עם בקרת איכות מקוונת להרכבת חלקים סופיים על ידי ריתוך. יישומי היעד כוללים את המבנה העיקרי של מטוסים, חלקים מבניים בתעשיית הרכב, וצינורות בתעשיית הנפט והגז. יתרונות המחזור והקיימות המסופקים על ידי חומרים תרמופלסטיים חשובים גם לשווקים אלה ויוכחו ויותמכו בפרויקט.
בהשוואה ל-2017, אחד היתרונות שפתרונות ריתוך חדשניים יכולים לספק הוא הפחתה של יותר מ-50% בצריכת החשמל הנדרשת בהשוואה לתהליך ריתוך האינדוקציה הדינמי. עם אינדוקציה קונבנציונלית, כוח גבוה נדרש לחמם את פני השטח, אבל עם susceptors בממשק, המשטח מחומם הוא הרבה יותר קטן ואת האנרגיה הנדרשת היא הרבה פחות. פעולה זו גם מסייעת למנוע מרדיוס הסטרינגר לרטט. אם החימום הוא יותר מדי, זה יהיה לרכך את החומר ברדיוס ולהעביר את הסיבים שם. עם זאת, עדיין יש בעיה פיזור חום. עבור צורות שטוחות, שליטה תרמית היא פשוטה מאוד, אבל ככל המורכבות של הצורה גדל, זה הופך להיות מאתגר יותר. נכון לעכשיו, המטרה העיקרית היא להמשיך לפתח ולהשיג ריתוך קרן עליון בקנה מידה טיפוסי, והפוקוס הוא עדיין להכניס את הטכנולוגיה לתוכנית פיתוח המטוסים החדשה.