Bu tədqiqat, karbon liflə gücləndirilmiş poliamid 6 kompozitlərin ultrasonik qaynaqla birleştirilmesinde üst-üstə düşmə sahəsinın büyütülmesinin qaynaq keyfiyyətini və mexaniki möhkəmlikı nasıl değiştirdiğini incelemektedir. Tədqiqatçılar, genişliği 25,4 mm’de sabit tutulan və üst-üstə düşmə uzunluğu 12,7 mm’den 25,4 mm’ye çıkarılan dört fərqli tək üst-üstə düşməli birləşmə üretmiştir. Bütün geometrilər; 20 kHz tezlik, 80 µm titrəmə amplitudası, 600 N qaynaq qüvvəsi və dört fərqli qaynaq yerdəyişməsi altında qiymətləndirilmişdir.

Deneylerde bütün bindirme boyutları üçün en uygun qaynaq yerdəyişməsi 0,22 mm kimi belirlenmiştir. Buna rşəbəkəmen üst-üstə düşmə uzunluğu büyüdükçe qaynaq xəttindaki qüsur nisbəti artmış və birim mənbə alanına görə hesaplanan üst-üstə düşməli kəsmə möhkəmliyi azalmıştır. En küçük bindirmede qüsur nisbəti yüzde 3,25 və dayanım 32,71 MPa iken en büyük bindirmede qüsur nisbəti yüzde 10,71’e çıkmış, dayanım ise 22,26 MPa’ya düşmüştür.

Büyük bir mənbə alanının otomatik kimi daha güçlü bir bşəbəkəlantı oluşturmadığı görülmüştür. Aynı 600 N kuvvət daha geniş bir səthe dşəbəkəıldığında orta interfeys təzyiqi azalmış, ultrasonik titreşimin qaynaq xəttina aktarımı zayıflamış və merkezde üretilən temperatur düşmüştür. Buna karşılık gerilme mənbə alanının kənarlarına yığılmış; kənarlarda qatran bozunması, məsamə, karbon lif dışarı taşması və qatlararası zədə artmıştır.

Tədqiqatnın mühüm ayrımı, kəsmə möhkəmliyi ilə ümumi daşıma qabiliyyətinin eyni davranışı göstermemesidir. Bindirme uzunluğu 12,7 mm’den 21,2 mm’ye çıkarıldığında maksimal daşıma yükü 10,55 kN’dan 15,06 kN’a yükselmiş; uzunluk 25,4 mm’ye çıkarıldığında ise kusurların artması nedeniyle 14,36 kN’a geriləmiştir. Bu nedenle bşəbəkəlantı tasarımında yalnızca MPa cinsinden dayanımın və ya yalnızca alanın değil, toplam yük kapasitesi, kusur dşəbəkəılımı və kənar hasarının birlikte değerlendirilmesi lazımdır.

Tədqiqatın ele aldığı mühəndislik sorunu nedir?

Karbon lif takviyeli termoplastik kompozitlər; yüksək özgül dayanım, korozyon direnci, yorulma performansı, kısa üretim çevrimi və yeniden şekillendiriləbilme gibi özellikleri nedeniyle hafif yapılarda kullanılmaktadır. Termoplastik matrisin yeniden eritiləbilmesi, kompozit parçaların vida, perçin və ya yapıştırıcı dışında mənbəla birleştiriləbilmesini mümkün kılar.

Ultrasonik mənbəta yüksək tezlikli mekanik titreşim, birleşme interfeysünde sürtünmə və viskoelastik enerji itkisi oluşturur. Polimer matris erir, basınç altında akar və soğuduğunda iki kompozit parça arasında bşəbəkəlantı meydana getirir. İşlem birkaç saniye üçünde tamamlanabilir və geniş bir ısıdan etkilənmiş bölge oluşturmadan otomasyona uyarlanabilir.

Literatürdeki tədqiqatların büyük bölümü ASTM tipi küçük tek bindirmeli numunelere və təxminən 25,4 × 12,7 mm boyutundaki mənbə alanlarına odaklanmıştır. Gerçek yapısal parçalarda ise bşəbəkəlantı alanları daha büyük ola bilər. Tədqiqatın əsas sorusu bu noktada ortaya çıkmaktadır:

Aynı qaynaq qüvvəsi və titrəmə amplitudası korunarak üst-üstə düşmə sahəsi büyütülürse, daha büyük bşəbəkəlantı alanı gerçekten daha sşəbəkəlam və daha güvənilir bir mənbə üretir mi?

Tədqiqatnın nəticələrı, bu sorunun yanıtının doğrudan “evət” olmadığını göstərir. Alan büyüdükçe kullanılabilir yük taşıma səthi artsa da ultrasonik enerjinin bu alana eşit biçimde dşəbəkəıtılması zorlaşmaktadır.

Hangi kompozit material istifadə edilmişdir?

Deneylerde 400 × 400 × 2 mm boyutunda CF/PA6 kompozit levha istifadə edilmişdir. Takviye, 2/2 dimi toxuma karbon lif kumaştan; matris ise erime sıcaklığı təxminən 225 °C olan poliamid 6 qatransinden oluşmaktadır. Fiber içeriği yüzde 45 kimi bildirilmişdir.

Levhalar 25,4 × 101,6 × 2 mm boyutundaki mənbə numunelerine kesilmiştir. Kesim sonrasında səthler asetonla temizlenmiş və numuneler 50 °C’de dört saat vakum altında kurutulmuştur. PA6’nın nem alabilən bir polimer olması nedeniyle kurutma, mənbə sırasında nemden mənbəlanabiləcek məsamə oluşumunu azaltmayı amaçlamaktadır.

İki kompozit tabakanın arasına 200 µm kalınlığında PA6 film yerleştirilmiştir. Enerji yönlendirici kimi istifadə olunan bu film, ultrasonik enerjinin ilk aşamada interfeysde yoğunlaşmasına və ərimiş polimer tabakasının bşəbəkəlantı səthini doldurmasına yardımcı olmaktadır.

Bindirme geometriləri nasıl değiştirilmiştir?

Bütün numunelerde üst-üstə düşmə eni 25,4 mm kimi sabit tutulmuş, yalnızca üst-üstə düşmə uzunluğu değiştirilmiştir:

Kaynak kafası kimi 40 mm çapında dairesel bir sonotrod istifadə edilmişdir. En büyük 25,4 × 25,4 mm kare bindirmenin köşegen uzunluğu təxminən 35,9 mm olduğundan sonotrod bütün mənbə alanlarını kaplayabilmektedir.

Tədqiqatnın metni və Tablo 1 arasında bşəbəkəlama mesafesi konusunda bir terminoloji uyumsuzluğu vardır. Metin və Şekil 1’de L₀ değeri 55 mm kimi sabit gösterilirken Tablo 1’de bindirme boyutuna görə 67,7, 71,9, 76,2 və 80,4 mm değerleri “clamping distance” kimi vərilmiştir. Bu değerlerin fərqli geometrika mesafeleri mi temsil ettiği açık biçimde açıklanmamıştır.

Ultrasonik mənbə parametreleri nelerdir?

Yer değiştirme kontrollü süreçte sonotrod, qaynaq xəttinın belirlenen miktarda sıkışmasına kadar titreşime devam etmektedir. Düşük yer değiştirme yetersiz erime və axına; aşırı yer değiştirme ise fazla enerji girişi, qatran kaybı, termal parçalanma və lif hasarına yol açabilir.

Kaynak kalitesi nasıl ölçülmüştür?

Sıcaklık ölçümü

K tipli termocüt, alt kompozit tabakanın bindirme merkezine əvvəlden sabitlenmiştir. Pico Technology TC-08 vəri kaydedicisi ilə mənbə süresince saniyede 10 örnek alınmıştır. Bu ölçüm merkez sıcaklığını göstərir; mənbə alanının kənarları və fərqli noktaları eş zamanlı kimi ölçülmemiştir.

Ultrasonik C-skan

Kaynak sonrasında numuneler su üçünde çalışan 20 MHz problu ultrasonik C-skan sistemiyle araşdırılmışdır. Tarama çözünürlüğü 0,1 × 0,1 mm’dir. Yansıma genliği yüzde 70’i aşan bölgeler olası kusur kimi sınıflandırılmıştır.

C-skan, bşəbəkəlantının tamamını tahrip etmeden incelemeye və qaynaq xəttindaki bşəbəkəlanmamış alanları və ya məsamə kümelerini haritalamaya imkân vərmiştir. Bununla birlikte yüzde 70 eşik değerinin fərqli kusur növlərine karşı duyarlılığı ayrıca kalibre edilmemiştir.

Mikroyapı və kırılma incelemesi

Kaynak kesitleri optik mikroskopla; kırılma səthleri ise optik mikroskop və JSM-6610LV skanedici elektron mikroskopyla araşdırılmışdır. Görüntüler sayesinde qatran açısından zengin alanlar, məsamələr, bşəbəkəlanmamış səthler, lif kırıkları, tabaka ayrılması və qatran kəsmə qırılması ayırt edilmişdir.

Tek bindirmeli kayma testi

Mekanik təcrübələr MTS E44.304 ünivərsal test cihazında, 0,5 mm/dakika çapraz kafa hızıyla yürütülmüştür. Eksen kaçıklığını azaltmak üçün eksantrik fikstür istifadə edilmişdir. Her mənbə koşulu üç kez test edilmiş və ortalama üst-üstə düşməli kəsmə möhkəmliyi hesablanmışdır.

Numunelerin yan səthindeki tam alan deformasiya paylanması stereo kamera kullanan rəqəmsal görüntü korrelyasiyası sistemiyle saniyede bir görüntü alınarak izlenmiştir.

0,14 mm qaynaq yerdəyişməsinde ne olmuştur?

En aşşəbəkəı yer değiştirme olan 0,14 mm’de PA6 enerji yönləndiricisinin tamamen eriyip bütün interfeysü doldurması üçün yeterli sıkıştırma oluşmamıştır. Kırılma səthlerinde geniş, düzgün və bşəbəkəlanmamış qatran alanları görülmüştür.

Küçük bindirmeli Alan I’de bilə qüsur nisbəti yüzde 12,67 kimi ölçülmüştür. En büyük bindirmeli Alan IV’te qüsur nisbəti yüzde 18,79’a çıkmıştır. Büyük alan altında sabit qaynaq qüvvəsinin səth təzyiqi daha aşşəbəkəı olduğundan yetersiz mənbə sorunu daha belirgin hâle gelmiştir.

SEM görüntülərində az miktarda sünek qatran kırılması görülmesine rşəbəkəmen lif ilə qatran arasındaki etkin bşəbəkəlantının sınırlı olduğu anlaşılmıştır. Baskın hasar mekanizması interfeys ayrılmasıdır.

0,18 mm qaynaq yerdəyişməsinde ne olmuştur?

Yer değiştirme 0,18 mm’ye çıkarıldığında eriyen PA6 miktarı və qatran axını artmış, bşəbəkəlanmamış bölgeler küçülmüştür. Ancak interfeysde çok sayıda küçük məsamə kalmıştır.

Tədqiqatçılar bu məsamələri, yerel sıcaklığın qatrannin termal parçalanma aralığını aşmasına karşın yer değiştirmenin oluşan gazları interfeysden tamamen uzaklaştırmaya yetmemesiyle ilişkiləndirmektedir.

Alan II’de qüsur nisbəti yüzde 11,45, Alan III’te yüzde 10,10 və Alan IV’te yüzde 15,38 düzeyinde kalmıştır. Kaynak hattı oluşmuş olsa da kusur yoğunluğu və dşəbəkəılımı henüz en uygun seviyeye ulaşmamıştır.

Neden bütün geometrilər üçün 0,22 mm en uygun değer olmuştur?

0,22 mm yer değiştirme, dört bindirme geometrisinde de qüsur sahəsinın ən aşşəbəkəı və kəsmə möhkəmliyinın ən yüksək olduğu koşuldur. Bu değerde enerji yönləndiricisi yeterince erimiş, eriyik qatran interfeyse yayılmış və mənbə basıncı məsamələrin mühüm bölümünü dışarı çıkarmıştır.

SEM görüntülərində baskın kırılma biçimi, küçük miktarda karbon lif qırılması və qatran kəsmə qırılmasıdır. Kırığın yalnızca düzgün interfeys boyunca ilərlemek yerine lif və matris bölgelerine girmesi, interfeys bşəbəkəının aşşəbəkəı yer değiştirmelere görə güçlendiğini göstərir.

Ancak optimum yer değiştirme sabit kalsa da üst-üstə düşmə sahəsinın büyümesi qaynaq keyfiyyətinin eyni kalmasını sşəbəkəlamamıştır. Kusur oranı Alan I’den Alan IV’e təxminən 3,3 kat yükselmiş; dayanım təxminən yüzde 32 azalmıştır.

0,26 mm qaynaq yerdəyişməsinde ne olmuştur?

Yer değiştirme 0,26 mm’ye yükseltildiğinde fazla enerji girişi və aşırı sıkıştırma meydana gelmiştir. Eriyik qatran və karbon lif demetleri qaynaq xəttinın kənarlarından daha güçlü biçimde dışarı taşmıştır.

Kesit və kırılma görüntülərində şu hasarlar görülmüştür:

• Reçinenin termal parçalanmasına bşəbəkəlı məsamələr,
• Karbon lif demetlerinin bükülmesi və kırılması,
• Fiber katmanlarının ayrılması,
• Tabakalar arası çekilip çıkma və delaminasiya,
• Kaynak bölgesinde yerel kalınlık kaybı,
• Kompozit alt tabakada yapısal hasar.

Bu nəticə, qaynaq yerdəyişməsinin “ne kadar büyük, o kadar iyi” biçiminde artırılamayacşəbəkəını göstərir. Yetersiz enerji kadar aşırı enerji de bşəbəkəlantıyı zayıflatmaktadır.

Bindirme alanı büyüdükçe kusurlar neden artmıştır?

Tədqiqatçılar iki bşəbəkəlantılı mekanizma belirlemiştir: ultrasonik titreşimin zayıflaması və gerilmenin kənarlarda yoğunlaşması.

1. Ortalama interfeys basıncının azalması

Kaynak kuvvəti bütün numunelerde 600 N kimi sabit tutulmuştur. Basınç təxminən kimi kuvvətin alana bölünmesiyle değiştiğinden alan büyüdükçe orta interfeys təzyiqi azalmaktadır:

\[ p_{\text{ort}}=\frac{F}{A} \]

Yaklaşık nominal değerler kullanıldığında Alan I’deki ortalama basınç 1,86 MPa civarındayken Alan IV’te təxminən 0,93 MPa’ya düşmektedir. Bu hesap, kənar etkiləri və gerçek temas alanını içermez; yalnızca sabit kuvvətin büyüyen səth üzərindəki əsas sonucunu göstərir.

2. Arayüzdeki bşəbəkəıl hareketin azalması

Daha büyük mənbə alanı üçün daha büyük bir PA6 enerji yönləndiricisi istifadə edilmişdir. Geniş enerji yönləndiricisi, interfeysün yatay yönde deformasyonuna və iki tabakanın görəli kaymasına daha fazla direnç göstərmişdir.

Ultrasonik kaynşəbəkəın ilk aşamasındaki sürtünmə mənbəlı ısı tədqiqatda şu genel ilişkiyle ifade edilmişdir:

\[ Q_{\text{fric}}= e\frac{\omega}{\pi} \mu\left|\sigma_{yy}(x)u^*(x)\right| \]

Burada:

• e, titreşim aktarımını temsil eden çekiçleme vərimidir.
• ω, açısal titreşim tezlikıdır.
• μ, sürtünmə əmsalsıdır.
• σ_yy, interfeysdeki normal gerilmedir.
• u*, interfeysdeki yatay bşəbəkəıl yer değiştirmedir.

Bindirme alanı büyüdüğünde hem normal gerilme hem de yatay bşəbəkəıl yer değiştirme azaldığı üçün ilk aşamadaki sürtünmə ısısı düşmektedir.

3. Viskoelastik ısı üretiminin azalması

PA6 yumuşayıp erimeye başladığında sürtünmənin yerini polimer zincirlerindeki viskoelastik kayıp almaktadır:

\[ Q_{\text{vis}}= e\frac{\omega\varepsilon^2E''}{2} \]

ε titreşim mənbəlı şekil değiştirme genliğini, E'' ise polimerin kayıp modulunü göstərir. Daha büyük bindirme bölgesi interfeysün esnekliğini azaltmış, erimiş qatrannin titreşimle deformasyonunu və axınını sınırlandırmıştır. Böylece viskoelastik enerji itkisi da düşmüştür.

Kaynak merkezindeki temperatur nasıl değişmiştir?

Optimum 0,22 mm yer değiştirmede bindirme merkezinde ölçülen ən yüksək temperaturlar şöyledir:

Bindirme alanı iki katına yaklaşırken merkezde ölçülen tepe sıcaklığı təxminən 59 °C azalmıştır. Bu nəticə, büyük alanda mekanik titreşimin və ısı üretiminin merkez bölgesine daha zayıf aktarıldığını dəstəkləyir.

Ancak tədqiqat yalnızca mənbə merkezinde termocüt kullanmıştır. Kenarlardaki aşırı isinmə, kesitlerdeki qatran bozunması və məsamələrden dolaylı kimi çıkarılmıştır. Aynı anda merkez və kənarlarda çok noktalı temperatur ölçümü yapılmadığından bütün səthin gerçek temperatur haritası doğrudan elde edilmemiştir.

Özette “büyük üst-üstə düşmə sahəsinın ısı üretim düzgünlüğüne yol açtığı” biçiminde okunabiləcek bir ifade vardır. Deneyler, tartışma və nəticə bölümü bunun tersini, yani alan büyüdükçe ısı üretiminin daha düzensiz hâle geldiğini göstərir. Bu ifade metindeki dil xətası kimi değerlendirilmelidir.

Sonlu eleman modeli nasıl kurulmuştur?

Abaqus ortamında sonotrod, üst və alt CF/PA6 tabakalar və aradaki PA6 enerji yönləndiricisiden oluşan üç boyutlu model hazırlanmıştır. Kompozit və enerji yönləndiricisi C3D8 sekiz düğümlü doğrusal katı elemanlarla modellenmiştir.

Model, mənbə sırasında titreşimin keçirməini və gərginlik sahəsinı karşılaştırmak üçün istifadə edilmişdir. Reçinenin sıcaklığa bşəbəkəlı erimesini, viskoelastik özelliklerinin değişimini, termal parçalanmasını, gerçek eriyik axınını və hasar gelişimini doğrudan çözen tam bşəbəkəlı bir termo-mekanik mənbə modeli deyil.

Titreşim aktarımı alan büyüdükçe ne kadar azalmıştır?

80 µm nominal sonotrod genliği altında üst kompozit parçanın ortalama titrəmə amplitudası üst-üstə düşmə sahəsiyla birlikte düzenli biçimde azalmıştır:

En küçük və en büyük bindirmeler arasında üst parçaya ulaşan titrəmə amplitudası təxminən yüzde 30,6 azalmıştır. Zaman alanındaki titreşim eğriləri de alan büyüdükçe daha dalgalı və daha kararsız bir davranış göstərmişdir.

Bu nəticə, merkez sıcaklığındaki düşüşle uyumludur: qaynaq xəttina daha az mekanik hareket ulaştığında sürtünmə və viskoelastik deformasyonla ısıya dönüştürülebiləcek enerji de azalmaktadır.

Gerilme alanı neden kənarlara taşınmıştır?

Sonlu eleman nəticələrına görə bütün geometrilərde gerilme dşəbəkəılımı homojen deyil. Bindirme alanı büyüdükçe merkezdeki gerilme seviyesi azalmış, yüksək gerilme bölgeleri serbest kənarlarda daha dar alanlara yoğunlaşmıştır.

Alan I’den Alan IV’e geçildiğinde merkez və yüksək gerilme bölgeleri arasındaki fark belirgin biçimde büyümüştür. En aşşəbəkəı ortalama gerilme azalırken azami ortalama gerilme təxminən yüzde 18,8 artmıştır.

Uzamsal yoğunlaşma indeksi neyi göstərir?

Tədqiqatçılar yüksək gerilme düğümlerinin mənbə alanındaki uzamsal dşəbəkəılımını ölçmek üçün məkan üzrə konsentrasiya indeksi tanımlamıştır:

\[ SCI=\sqrt{\sigma^2(X_{\text{high}})+\sigma^2(Y_{\text{high}})} \]

σ²(X_high) və σ²(Y_high), normalize edilmiş X və Y doğrultularındaki yüksək gerilme düğümlerinin konumsal varyanslarıdır.

SCI təxminən yüzde 16,7 artarkən yüksək gərginlik sahəsinın toplam mənbə səthindeki oranı yüzde 73,61’den yüzde 26,52’ye düşmüştür. Başka bir ifadeyle büyük bindirme, gerilmeyi geniş bir alana eşit biçimde yaymak yerine daha küçük kənar bölgelerine sıkıştırmıştır.

Kayma dayanımı neden alanla birlikte azalmıştır?

Bindirmeli kəsmə möhkəmliyi, qırılma yükünün nominal üst-üstə düşmə sahəsina bölünmesiyle hesaplanmaktadır:

\[ LSS=\frac{F_{\max}}{A_{\text{bindirme}}} \]

Tek bindirmeli bşəbəkəlantılarda yük bütün alan tarafından eşit taşınmaz. Yük aktarımı çoğunlukla bindirmenin uçlarında və serbest kənarlarında yoğunlaşır. Bindirmenin ortasına eklenen yeni alan, toplam nominal alanı artırsa da eyni oranda ek yük taşımayabilir.

Bu geometrika boyut etkisine mənbə kusurları da eklenmiştir. Büyük bindirmede merkezde yetersiz enerji aktarımı, kənarlarda ise gerilme və hasar yoğunlaşması oluşmuştur. Sonuç kimi nominal alan büyürken etkili və kusursuz yük daşıyan sahə eyni oranda büyümemiştir.

Toplam qırılma yükü ilə MPa cinsinden dayanım neden fərqli nəticə vərmektedir?

LSS, üst-üstə düşmə uzunluğu arttıkça kesintisiz biçimde azalmıştır. Buna karşılık toplam qırılma yükü Alan III’e kadar yükselmiştir. Alan III, ən yüksək birim alan dayanımını sunmasa da incelenen koşullar altında ən yüksək toplam yükü taşımıştır.

Alan IV’te nominal mənbə səthi daha büyük olmasına rşəbəkəmen qüsur nisbətinın artması, kənar hasarı və gerilme yoğunlaşması ümumi daşıma qabiliyyətini de azaltmıştır. Bu nəticə, pratik tasarımda iki fərqli hedefin ayrılması gerektiğini göstərir:

• En yüksək özgül bşəbəkəlantı dayanımı: Alan I.
• En yüksək toplam qırılma yükü: Alan III.

Çatlak ilərlemesi üst-üstə düşmə sahəsiyla nasıl değişmiştir?

DIC görüntülərində bütün bşəbəkəlantılarda yüksək gerinim bölgeleri əvvəllikle bindirme kənarlarında oluşmuştur. Alan I’de çatlak kənardan başlamış və qaynaq xətti boyunca ilərlemiştir. Bu davranış, gerinimin interfeys boyunca daha geniş bir bölgeye dşəbəkəılmasına imkân vərmiştir.

Alan büyüdükçe çatlak başlangıcı kompozitin daha derin katmanlarına yönelmiştir. Alan IV’te çatlak mənbə kənarındaki hasarlı bölgeden başlayarak laminatın üçüne ilərlemiş və belirgin tabakalar arası ayrılmaya neden olmuştur.

Kırılma yolunun interfeysden kompozit tabakalarına geçmesi her durumda daha güçlü bir bşəbəkəlantı anlamına gelmemektedir. Bu tədqiqatda büyük bindirmedeki derin tabaka hasarı, mənbə kənarlarında əvvəlden oluşan termal və mekanik hasarla birlikte ortaya çıkmıştır və yapısal bütünlüğün kaybını göstərir.

Tədqiqatnın önerdiği genel mekanizma nedir?

Bu iki olumsuz süreç eyni anda gerçekleşmektedir: mənbə merkezinde enerji eksikliği, mənbə kənarlarında ise hasar yoğunlaşması. Büyük üst-üstə düşmə sahəsinın performansını sınırlayan əsas mekanizma bu termo-mekanik düzensizliktir.

Önceki tədqiqatlarla karşılaştırma nasıl yapılmıştır?

Tədqiqat, direnç, indüksiyon və ultrasonik qaynaqla üretilmiş fərqli termoplastik kompozit bşəbəkəlantılardan bildirilən dayanımları Tablo 3’te müqayisə etmişdir. En küçük üst-üstə düşmə sahəsindaki 32,71 MPa değeri, tabloda yer alan birçok bşəbəkəlantıdan daha yüksəktir.

Ancak bu tablo kontrollü bir kıyaslama deyil. Tədqiqatlar arasında şu değişkenler fərqlidır:

• Kompozit matrisi və lif mimarisi,
• Kaynak tekniği,
• Bindirme geometrisi,
• Enerji yönlendirici biçimi,
• Yüzey işlemi,
• Numune kalınlığı,
• Test standardı və yükleme koşulu.

Bu nedenle 32,71 MPa değeri, bütün alternatif birleştirme tekniklerinden evrensel biçimde daha iyi bir nəticə kimi yorumlanmamalıdır.

Türkiyə açısından neden mühümdir?

Türkiyə’de karbon liflə gücləndirilmiş termoplastiklerin aviasiya, pilotsuz uçuş aparatları, otomotiv, müdafiə, denizcilik və relsli sistemlərde istifadəsi açısından hızlı, otomasyona uygun və ilavə metal bşəbəkəlantı elemanı gerektirmeyen birleştirme metodleri önem taşımaktadır.

Tədqiqatnın sanayiye aktarılabiləcek əsas mesajı, laboratuvarda küçük numune üçün optimize edilmiş qaynaq qüvvəsi və genliğinin daha büyük bir bşəbəkəlantıya doğrudan uygulanmaması gerektiğidir. Alan büyütülürken en az şu parametreler yeniden ölçeklendirilmelidir:

• Toplam qaynaq qüvvəsi və səth təzyiqi,
• Sonotrot geometrisi və titreşim dşəbəkəılımı,
• Enerji yönlendiricinin kalınlığı və yerleşimi,
• Kaynak yer değiştirmesi,
• Kaynak bölgesinin tek seferde mi yoksa kademeli kimi mı birleştiriləceği,
• Merkez və kənarlardaki temperaturların ayrı ayrı izlenmesi,
• C-skan və ya benzeri tahribatsız kalite kontrol eşikleri.

Özellikle geniş yapısal bşəbəkəlantılarda tek və geniş sonotrod yerine bölümlere ayrılmış enerji yönləndiricisilər, çoxnöqtəli qaynaq və ya davamlı ultrasonik qaynaq gibi alternatiflerin ayrıca sınanması gerekebilir. Tədqiqat bu çözümleri eksperimental kimi karşılaştırmamıştır.

Tədqiqatnın güclü tərəfləri nelerdir?

• Dört fərqli üst-üstə düşmə uzunluğunu eyni material və əsas mənbə koşulları altında müqayisə etmişdir.
• Her geometri üçün dört qaynaq yerdəyişməsi kullanarak işlem penceresini incelemiştir.
• Sıcaklık, tahribatsız kusur skanlaması, kesit mikroskopisi, mekanik test, DIC və SEM nəticələrını birlikte değerlendirmiştir.
• Kayma dayanımı ilə toplam qırılma yükünü birbirinden ayırmıştır.
• Deneysel nəticələrı üç boyutlu titreşim və gerilme analizleriyle mekanistik kimi açıklamıştır.
• Büyük mənbə alanlarında merkezde enerji yetersizliği ilə kənarda hasar yoğunlaşmasının birlikte oluştuğunu göstərmişdir.
• Bütün bindirme boyutlarında 0,22 mm yer değiştirmeyi en uygun değer kimi belirlemiştir.
• Kusur yüzdesi ilə mexaniki möhkəmlik arasında açık bir karşıt ilişki göstərmişdir.

Tədqiqatnın məhdudiyyətləri nelerdir?

• Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.
• Yalnızca tek bir CF/PA6 materialsi, tek lif oranı və tek dokuma mimarisi araşdırılmışdır.
• Bindirme genişliği sabit tutulmuş, yalnızca uzunluk değiştirilmiştir.
• Bütün geometrilərde eyni 600 N kuvvət istifadə edilmişdir; sabit səth təzyiqi koşulu ayrıca sınanmamıştır.
• Yalnızca 80 µm titrəmə amplitudası və 20 kHz tezlik istifadə edilmişdir.
• Her mekanik koşul üçün üç numune test edilmişdir; geniş ölçekli değişkenlik analizi yapılmamıştır.
• İstatistiksel anlamlılık testi, güvən aralığı və ya etki büyüklüğü raporlanmamıştır.
• Sıcaklık yalnızca bindirme merkezinde ölçülmüştür; kənar sıcaklığı doğrudan ölçülmemiştir.
• Termokuplun ultrasonik titreşim və yerel basınç altındaki ölçüm belirsizliği vərilmemiştir.
• C-skanda yüzde 70 yansıma eşiğinin doğrulama metodi açıklanmamıştır.
• Sonlu eleman modeli erime, viskoelastik material değişimi, termal parçalanma, eriyik axını və hasarı doğrudan modellememiştir.
• Modelde istifadə olunan temas və sürtünmə ayrıntılarının tamamı raporlanmamıştır.
• Metin və Tablo 1’de bşəbəkəlama mesafesine ilişkin değerler birbiriyle açık biçimde uyumlu deyil.
• Özette ısı üretiminin düzgünleştiğini düşündüren ifade, nəticələrın gösterdiği düzensizleşmeyle çelişmektedir.
• Yorulma, darbe, titreşim altında kullanım və çevresel yaşlandırma təcrübələri yapılmamıştır.
• Gerçek boyutlu kavisli və ya karmaşık yapısal parçalarda mənbə uygulanmamıştır.
• Kaynak dövr müddəti, enerji tüketimi və istehsal sürəti alan boyutuna görə ayrıntılı raporlanmamıştır.
• Farklı sonotrodlar, kademeli mənbə və bölümlenmiş enerji yönləndiricisilər karşılaştırılmamıştır.

Tədqiqat neyi dəstəkləyir?

Tədqiqat, sabit kuvvət və titrəmə amplitudası altında CF/PA6 ultrasonik qaynaq üst-üstə düşmə sahəsinın büyütülmesinin enerji aktarımını zayıflatabiləceğini, qaynaq xəttindaki kusurları artırabiləceğini və birim alan kəsmə möhkəmliyinı düşürebiləceğini dəstəkləyir.

Ayrıca incelenen dört geometride 0,22 mm qaynaq yerdəyişməsinin yetersiz erime ilə aşırı mənbə hasarı arasında en iyi dengeyi sşəbəkəladığını göstərir.

Nəticələr, bşəbəkəlantı alanının toplam taşıma yükünü bir noktaya kadar artırabildiğini, ancak aşırı büyük bindirmede kusurların toplam yük kapasitesini de azaltabildiğini göstərir.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• 25,4 × 12,7 mm bindirmenin bütün CF/PA6 yapıları üçün evrensel optimum olduğunu sübut etmir.
• 0,22 mm yer değiştirmenin fərqli kompozit kalınlıkları, qatranler və ya sonotrodlar üçün eyni sonucu vəreceğini göstermemektedir.
• Büyük bindirme bşəbəkəlantılarının her zaman daha aşşəbəkəı toplam yük taşıyacşəbəkəını göstermemektedir.
• Kaynak kuvvəti alanla orantılı artırıldığında eyni olumsuz boyut etkisinin korunacşəbəkəını göstermemektedir.
• Kenar sıcaklığının merkez sıcaklığından kesin kimi ne kadar yüksək olduğunu doğrudan ölçmemektedir.
• Sonlu eleman modelinin gerçek erime, axın və termal parçalanma sürecini nicel kimi tahmin ettiğini sübut etmir.
• Bşəbəkəlantıların uzun dönem yorulma, darbe və ya çevresel dayanıklılığını göstermemektedir.
• Laboratuvar nəticələrının gerçek uçak, otomobil və ya endüstriyel kompozit parçalara doğrudan aktarılabiləceğini sübut etmir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Deneysel tasarım özeti

Kaynak yer değiştirmesine görə genel davranış

En uygun 0,22 mm koşulundaki əsas nəticələr

Boyut artışının rəqəmsal etkisi

• Bindirme alanı Alan I’den Alan IV’e təxminən iki katına çıkmıştır.
• En uygun koşuldaki qüsur sahəsi yüzde 3,25’ten yüzde 10,71’e yükselmiştir.
• LSS 32,71 MPa’dan 22,26 MPa’ya düşmüştür.
• Merkezdeki tepe sıcaklığı 551,5 °C’den 492,4 °C’ye geriləmiştir.
• Üst parçanın titrəmə amplitudası 72,43 µm’den 50,30 µm’ye düşmüştür.
• Uzamsal gerilme yoğunlaşma indeksi 0,473’ten 0,552’ye yükselmiştir.
• Yüksek gerilmenin yayıldığı alan oranı yüzde 73,61’den yüzde 26,52’ye geriləmiştir.
• Toplam qırılma yükü Alan III’te 15,06 kN ilə tepe yapmış, Alan IV’te 14,36 kN’a düşmüştür.

Değişkenlik və istatistiksel qiymətləndirmə

Her mənbə koşulu üçün üç mekanik numune test edilmişdir. LSS grafiklerinde xəta çubukları və ortalama ± dşəbəkəılım değerleri vərilmiştir. Bununla birlikte istifadə olunan dşəbəkəılım ölçüsünün standart kənaraçıxma mı yoksa standart xəta mı olduğu açıkça belirtilmemiştir.

Tədqiqatda varyans analizi, güvən aralığı, p değeri və ya üst-üstə düşmə sahəsi ilə yer değiştirme arasındaki etkiləşimi değerlendiren istatistiksel model yoxdur. Bu nedenle alanlar arasındaki görünen farkların istatistiksel anlamlılığı doğrudan raporlanmamıştır.

Nəticələrın güvənilir yorum sınırı

Nəticələr, 2 mm kalınlığında və yüzde 45 lif içeren dokuma CF/PA6 levhalar; 200 µm düz PA6 enerji yönləndiricisi; 40 mm dairesel sonotrod; 600 N kuvvət; 80 µm genlik və 20 kHz tezlik üçün geçerlidir.

Tədqiqatdan güvənle çıkarılabiləcek nəticə, eyni mənbə parametrelerinin alan büyütülerek doğrudan ölçeklenmesinin qaynaq keyfiyyətini korumadığıdır. Buna karşılık fərqli kuvvət, basınç, sonotrod yapısı və ya enerji yönləndiricisi tasarımı kullanıldığında eyni rəqəmsal nəticələrın oluşacşəbəkəı söylenemez.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatnın özgün adı: Effects of ovərlap area size on the ultrasonic welding of carbon lif reinforced thermoplastic composite joints

Yazarlar: Xianglong Wang; Dong Quan; Jiaying Pan; Jiaming Liu; Xuemin Wang; Xiaoyu Yang; Guoqun Zhao.

Yazar sıralaması: İncelenen tədqiqatda yer aldığı biçimiyle korunmuştur.

Eş katkı və ya eş birinci yazarlık: Belirtilmemiştir.

Sorumlu yazar: Dong Quan.

Kurum: State Key Laboratory of Advanced Equipment and Technology for Metal Forming, Shandong Univərsity, Jinan, Shandong, Çin.

DOI:10.2139/ssrn.7203446

Resmî mənbə:SSRN resmî tədqiqat sayfası

SSRN özet numarası: 7203446.

Yayın tarihi: 30 Temmuz 2026.

Sayfa sayısı: 36.

Kaynak türü: Fiziksel ultrasonik qaynaq təcrübələri, dşəbəkəıdıcı olmayan yoxlama, mekanik karakterizasyon və sonlu eleman analizi içeren preprint tədqiqatsı.

Hakemlik durumu: Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir.

Hakemli dergi: Belirtilmemiştir.

Yayın platformu: SSRN.

Özgün yayınevi: Kabul edilmiş bir dergi yayını və ya kesinleşmiş yayınevi yoxdur.

Veri erişimi: Tədqiqatçılar tədqiqatda sunulan vərilərin talep üzerine paylaşılacşəbəkəını belirtmiştir.

Finansman: National Natural Science Foundation of China, 52375350; Key R&D Program of Shandong Province, 2024CXPT065; Excellent Young Team Project of Central Univərsities, 2023QNTD002.

Bu Türkçe açıklama; tədqiqatnın bütün metni, təcrübə düzeneği şemaları, material və mənbə parametreleri, C-skan görüntüləri, kesit mikrografları, DIC gerinim haritaları, SEM kırılma görüntüləri, mekanik test grafikleri, temperatur eğriləri, sonlu eleman titreşim nəticələrı, gerilme dşəbəkəılımları, tənlikler, tablolar və mənbəça incelenerek hazırlanmıştır. Dış mənbəlar yalnızca DOI, SSRN kayıt tarihi, sayfa sayısı və bibliyografik kimliğin doğrulanması amacıyla kullanılmış; tədqiqatda bulunmayan bilimsel nəticələr eklenmemiştir.

Tədqiqatnın əsas məhdudiyyətləri; hakem qiymətləndirməsinin bulunmaması, yalnızca tek bir kompozit sistemi və sonotrod yapısının incelenmesi, mekanik koşul başına üç tekrar kullanılması, sıcaklığın yalnızca bindirme merkezinde ölçülmesi və sonlu element modelinin gerçek erime, axın, termal parçalanma və hasar sürecini doğrudan çözmemesidir. Nəticələr belirli təcrübə koşullarındaki boyut etkisini göstermekte; bütün termoplastik kompozit bşəbəkəlantılar üçün evrensel mənbə parametresi oluşturmamaktadır.