Статистические зависимости влияния времени воздействия ультразвука на прочность и другие параметры сварного соединения полипропилена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Полипропилен является одним из наиболее востребованных термопластичных материалов, применяемых в промышленности. Для изготовления изделий из данного материала зачастую применяется способ ультразвуковой сварки. Однако, несмотря на большое количество научных работ, влияние некоторых параметров режима ультразвуковой сварки на прочностные характеристики соединений полипропилена остается неизученным. В работе представлены результаты экспериментальных исследований контактной точечной ультразвуковой сварки пластин толщиной 3 мм из полипропилена марки 01003-26. Рассмотрен процесс постепенного внедрения рабочего торца ультразвукового инструмента в полипропилен до глубины, равной общей толщине свариваемых пластин. Получены статистические зависимости глубины внедрения торца инструмента в материал и усилия отрыва материала от времени воздействия ультразвука. Определено влияние глубины внедрения рабочего торца ультразвукового инструмента на усилие отрыва сваренных образцов. Обнаружено значительное увеличение усилия отрыва с 150 до 400 Н при глубине внедрения инструмента свыше 3,5 мм, обусловленное ростом номинальной площади взаимного перемешивания материала между свариваемыми пластинами, вызванного затеканием расплавленного материала в зазор. Предложена гипотеза о течении расплавленного материала в сторону, противоположную направлению внедрения рабочего инструмента, путем формирования бегущих волн Релея. Однако ее подтверждение требует проведения дополнительных исследований влияния параметров режима ультразвуковой сварки и величины зазора между соединяемыми деталями на скорость затекания расплавленного материала в зазор.

Об авторах

Сергей Викторович Мурашкин

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: SV.Murashkin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9613-7313

кандидат технических наук, доцент кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика»

Россия

Александр Сергеевич Селиванов

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Автор, ответственный за переписку.
Email: selivas@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-5267-0629

кандидат технических наук, директор института машиностроения

Россия

Николай Германович Спиридонов

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: spiridonov.nikol@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2283-0104

postgraduate student, assistant of Chair “Nanotechnologies, Materials Science, and Mechanics”

Россия

Елена Борисовна Савина

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Email: ellseb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6312-6431

магистр

Россия

Список литературы

  1. Волков С.С., Малолетков А.В., Коберник Н.В. Особенности образования сварных соединений при ультразвуковой сварке пластмасс // Сварочное производство. 2018. № 2. С. 50–55. EDN: MIEUZF.
  2. Волков С.С., Ремизов А.Л., Шестель Л.А. Разработка систем автоматического управления процессом ультразвуковой сварки пластмасс // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 12. С. 376–440. doi: 10.18698/0536-1044-2017-12-37-44.
  3. Комаров Г.В. Новые достижения в области сварки полимерных материалов // Полимерные материалы. 2017. № 9. С. 44–49.
  4. Unnikrishnan T.G., Kavan P. A review study in ultrasonic-welding of similar and dissimilar thermoplastic polymers and its composites // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 56. № 6. P. 3294–3300. doi: 10.1016/j.matpr.2021.09.540.
  5. Комаров Г.В. Некоторые тенденции в сварке полимерных материалов // Полимерные материалы. 2018. № 9. С. 56–59.
  6. Rajput Ch., Kumari S., Prajapati V., Dinbandhu, Abhishek K. Experimental investigation on peel strength during ultrasonic welding of polypropylene H110MA // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 26. № 2. P. 1302–1305. doi: 10.1016/j.matpr.2020.02.259.
  7. Nikoi R., Sheikhi M.M., Arab N.B.M. Experimental analysis of effects of ultrasonic welding on weld strength of polypropylene composite samples // International Journal of Engineering. 2015. Vol. 28. № 3. P. 447–453.
  8. Raza S.F., Khan S.A., Mughal M.P. Optimizing the weld factors affecting ultrasonic welding of thermoplastics // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 103. P. 2053–2067. doi: 10.1007/s00170-019-03681-7.
  9. Liu Sh.-J., Chang I-T., Hung S.-W. Factors affecting the joint strength of ultrasonically welded polypropylene composites // Polymer Composites. 2004. Vol. 22. № 1. P. 132–141. doi: 10.1002/pc.10525.
  10. Fu X., Yuan X., Li G., Wu Y., Tong H., Kang S., Luo J., Pan Z., Lu W. A study on ultrasonic welding of thermoplastics with significant differences in physical properties under different process parameters // Materials Today Communications. 2022. Vol. 33. Article number 105009. doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.105009.
  11. Chinnadurai T., Prabaharan N., Mohan Raj N., Pandian M.K. Ultrasonically welded and non-welded polypropylene and PC-ABS blend thermal analysis // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. Vol. 132. P. 1813–1824. doi: 10.1007/s10973-018-7052-y.
  12. Мозговой И.В., Нелин А.Г., Давидан Г.М., Мозговой Е.И., Мозговой О.И. Исследование воздействия энергетических полей на полиэтилен // Омский научный вестник. 2006. № 10. С. 76–84. EDN: HGKGXS.
  13. Chinnadurai T., Arungalai Vendan S., Rusu C.C., Scutelnicu E. Experimental investigations on the polypropylene behavior during ultrasonic welding // Materials and Manufacturing Processes. 2018. Vol. 33. № 7. P. 718–726. doi: 10.1080/10426914.2017.1303155.
  14. Tao W., Su X., Wang H., Zhang Z., Li H., Chen J. Influence mechanism of welding time and energy director to the thermoplastic composite joints by ultrasonic welding // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 37. P. 196–202. doi: 10.1016/j.jmapro.2018.11.002.
  15. Zhao T., Broek Ch., Palardy G., Fernandez Villegas I., Benedictus R. Towards robust sequential ultrasonic spot welding of thermoplastic composites: Welding process control strategy for consistent weld quality // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. Vol. 109. P. 355–367. doi: 10.1016/j.compositesa.2018.03.024.
  16. Волков С.С., Неровный В.М., Шестель Л.А. Влияние концентрации тепловой энергии на прочность поверхностей при ультразвуковой сварке пластмасс // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2018. № 1. С. 63–70. doi: 10.18698/0536-1044-2018-1-63-70.
  17. Клубович В.В., Клушин В.А., Хрущев Е.В., Марусич В.И. Исследование ультразвуковой сварки полимеров // Металлургия машиностроения. 2017. № 5. С. 31–40. EDN: XFGRXL.
  18. Волков С.С., Прилуцкий М.А. Влияние шероховатости свариваемых поверхностей на качество их соединения при ультразвуковой сварке разнородных пластмасс // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 2. С. 53–58. EDN: VKQDNV.
  19. Marcus M., Wenning J., Parsons J., Savitski A. Comparative analysis of energy director styles on polybutylene terephthalate with servo-driven ultrasonic welder // SPE ANTEC Indianapolis. USA: JW Marriott Indeanapolis, 2016. P. 1266–1273.
  20. Marcus M., Cohn H., Drechsler J., Grodek D., Savitski A. Development of an approach to determine minimum amplitude required for ultrasonic welding // SPE ANTEC Indianapolis. USA: JW Marriott Indeanapolis, 2017. P. 39–44.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах