PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau...

14
PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice 1 Rezumatul fazei 12 Lucrarea „„Microîmbinare termosonică a materialelor disimilare neferoase a conductorilor multifilari” este in faza XIII-a a Proiectului Nucleu PN 09 – 160 102, si se constituie ca faza suplimentara pentru anul 2014, cu denumirea „Elaborare de metodologii de testare mecanica a microimbinarilor termosonice a conductorilor multifilari, din cupru si aluminiu cu dispozitivari specializate:. Capitolul 1 Imbinarea termosonica a materialelor neferoase conductori multifilari cu dispozitivari flexibile realizate pentru prezenta faza In acest capitol se prezinta stadiul actual al microimbinarilor materialelor noi la ISIM Timisoara, din categoria conectorilor multifilari pentru industria auto, electronica si electrotehnica, utilizind energie ultrasonica, la fecventa de 20 kHz si 40 kHz. In privinta mecanismelor si tehnologiilor de sudare asistate ultrasonic, si a analizarii fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari si realizari tehnologice , fiind formulate ipoteze bazate fie pe observatia procesului tehnologic al fenomenului prelucrarii cu mijloace perfectionate de investigatie si pe baza unor experimente laborioase , rezultind modele functionale de masini specializate de imbinare cu asistare ultrasonica precum si masini unelte specializate furnizate de producatori consacrati. Se prezinta sistemul flexibil de imbinare cu ultrasunete la frecveta de 20 khz si 40 kHz, intrfatat cu automatul programabil parametrizare proces tehnologic de sudare. Sudarea cu ultrasunete a conductorilor multifilari utilizind tehnologii hibride electric prin presiune si cu ultrasunete, 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. In fazele precedente ale proiectului s-a prezentat configuraţia constructiva a echipamentului de îmbinare termosonica la frecventa de 40-70 kHz, pregătit in vederea evaluării sistemului de deplasare in coordonate. Echipamentul de îmbinare termosonica fiind un echipament multifuncţional, destinat in principal microimbinarii termosonice a conductorilor monofilari si multifilari din materiale neferoase Cu, AI dar si asimilării tehnologiilor de sudare performante de îmbinări pentru materiale inginereşti, materiale biocompatibile, compozite, cu memorie formei, cu aplicaţii in industria electrotehnica, a aparatelor de măsura si control, electronica si microelectronica, automobile, aparatura medicala si se compune in principal din: generatorul de ultrasunete, partea de sudare cu sistemul transductor ultrasonic, platou micrometric x-y cu programare digitala, sistem optic de vizualizare si control al zonei de îmbinare. S-au realizat experimentari tehnologice de sudare ale conductorilor multifilari din cupru, pe table de Cu si Al, ca un experiment aleator, având ca scop identificarea zonelor de imbinare.

Transcript of PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau...

Page 1: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

1

Rezumatul fazei 12

Lucrarea „„Microîmbinare termosonică a materialelor disimilare neferoase a conductorilor multifilari” este in faza XIII-a a Proiectului Nucleu PN 09 – 160 102, si se constituie ca faza suplimentara pentru anul 2014, cu denumirea „Elaborare de metodologii de testare mecanica a microimbinarilor termosonice a conductorilor multifilari, din cupru si aluminiu cu dispozitivari specializate:. Capitolul 1 Imbinarea termosonica a materialelor neferoase conductori multifilari cu dispozitivari flexibile realizate pentru prezenta faza In acest capitol se prezinta stadiul actual al microimbinarilor materialelor noi la ISIM Timisoara, din categoria conectorilor multifilari pentru industria auto, electronica si electrotehnica, utilizind energie ultrasonica, la fecventa de 20 kHz si 40 kHz. In privinta mecanismelor si tehnologiilor de sudare asistate ultrasonic, si a analizarii fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari si realizari tehnologice , fiind formulate ipoteze bazate fie pe observatia procesului tehnologic al fenomenului prelucrarii cu mijloace perfectionate de investigatie si pe baza unor experimente laborioase , rezultind modele functionale de masini specializate de imbinare cu asistare ultrasonica precum si masini unelte specializate furnizate de producatori consacrati.

Se prezinta sistemul flexibil de imbinare cu ultrasunete la frecveta de 20 khz si 40 kHz, intrfatat cu automatul programabil parametrizare proces tehnologic de sudare.

Sudarea cu ultrasunete a conductorilor multifilari utilizind tehnologii hibride electric prin presiune si cu ultrasunete, 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.

In fazele precedente ale proiectului s-a prezentat configuraţia constructiva a echipamentului de îmbinare termosonica la frecventa de 40-70 kHz, pregătit in vederea evaluării sistemului de deplasare in coordonate. Echipamentul de îmbinare termosonica fiind un echipament multifuncţional, destinat in principal microimbinarii termosonice a conductorilor monofilari si multifilari din materiale neferoase Cu, AI dar si asimilării tehnologiilor de sudare performante de îmbinări pentru materiale inginereşti, materiale biocompatibile, compozite, cu memorie formei, cu aplicaţii in industria electrotehnica, a aparatelor de măsura si control, electronica si microelectronica, automobile, aparatura medicala si se compune in principal din: generatorul de ultrasunete, partea de sudare cu sistemul transductor ultrasonic, platou micrometric x-y cu programare digitala, sistem optic de vizualizare si control al zonei de îmbinare. S-au realizat experimentari tehnologice de sudare ale conductorilor multifilari din cupru, pe table de Cu si Al, ca un experiment aleator, având ca scop identificarea zonelor de imbinare.

Page 2: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

2

O alta activitate realizata in faza precedenta o 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.

S-a realizat procesul de simulare si calibrare cu programe specializate a sonotrodelor si transformatoarelor de amplitudine pentru îmbinarea termosonica 40-70 kHz, necesara in realizare programului experimental. S-a realizat simularea constructiva si dimensionala a unor sonotrode la frecventa de 20 respectiv 40 kHz care a fost realizata si testata in vederea interfaţării acestei in construcţia ansablului rezontor mecanic, si a sistemului flexibil de imbinare interfatat cu automatul programabil la cele doua echipamente specializate modele funcţionale care au fost construite si testate in cadrul programului nucleu de sudare cu ultrasunete 20 si 40 kHz.

S-a utilizat sistemul flexibil de imbinare conductori multifilari cu ultrasunete si materiale utilizate in programul experimental, realizat in cadrul proiectului nucleu si a programelor de cercetare anterioare la frecventa de 20 kHz si 40 kHz.

Sistemul flexibil de imbinare conductori multifilari cu ultrasunete pentru programul experimental al acestei etape, 20 kHz, este prezentat in figura 1.1 si are urmatoarele caracteristici:

Tensiunea de alimentare: 240 V / 50 Hz Frecventa de lucru: 20 kHz Generator de ultrasunete: in tehnica PWM Puterea maxima: 3000 W Transductor cu generator piezoceramic

Figura 1.1 Sistem flexibil de imbinre conductori multifilari : 1. Generator de ultrasunete 20 kHz ; 2. Modul de comanda si programare LS XBM – 16 S ; 3. Echipament de sudare cu ultrasunte 20 kHz; 4. Dispozitivare flxibila la sudare: 5. Sistem

camera termografie FLIR SYSTEMS THERMOVISION A 40.

3

4

1 3

25

Page 3: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

3

Reglaj parametri tehnologici in tehnica digitala cu automat programbil XGB DR16S;

Monitorizare automata a procesului tehnologic; Actionare echipament electropneumatic; Generator de ultrasunte 20 KhZ, 2500W; Modul de comanda si programare in tehnica digitala LS XBM – 16 S Echipament de sudare cu ultrasunete 20 kHz, 2500W S-a utilizat dispozitivarea flexibila de fixare la sudare, nicovala de sudare si

sonotroda specializata 20 kHz, figura 1.2, adaptate la reperele sudate (conductori multifilarii, suport terminale configuratie conector tip papuc electric, cupru si aluminiu) in aceasta faza a proiectului.

Figura 1.2 Dispozitivare la sudare nicovala de sudare si sonotroda specializata 20 kHz, 40

kHz. 1. Sonotroda specializate cu doi lobi 2. Nicovala de sudare ; 3,4. Suport cupru,

conductor multifilar cupru ; 5. Dispozitivare pneumatica;

Pentru experimentari s-au folosit materiale dupa cum urmeaza :

• Materiale suport: a) Suport terminale configuratie conector tip papuc electric, cupru 99,95 (gros 1mm) ;

b) Suport terminale configuratie conector tip papuc electric, aluminiu 99,95 (gros1,5mm) ; c) Suport terminale configuratie conector tip papuc electric, AlMgSi3 (gros1,5mm) ;

• Materiale de microimbinare:

a) 3 Conductori multifilari Cu 99.95 1,75 mm2, diametrul de 0,17 mm, 35 fire; b) 4 Conductori multifilari Cu 99.95 1,75 mm2, diametrul de 0,17 mm, 35 fire; c) 3 Conductori multifilari Al99,5 1,25 mm2 diametrul de 0,17 mm, 20 fire

1

2

2

3,4

5

1 3,4 5

Page 4: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

4

Echipamentul dispune de un sistem centralizat de achizitie si urmarire a datelor de proces, care include, posibilitatea urmaririi si controlului temperaturii procesului cu camera termografica, 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 de tehnologii exploratorii de microimbinare termosonica conductori multifilari. Simulare configuratie sonotrode specializate 20kHz 2.1 Sonotrode specializate pentru sudare, 20 kHz

Simularea cu program specializat, a permis cunoasterea parametrilor de stare de solicitare ai sonotrodelor dezvoltate si utilizate in programul experimental, coeficient de amplificare, amplsarea nodurilor si ventrelor, marimea amplitudinii, curbele de variatie ale pierderilor si a starilor de solicitare interna a sonotrodei. Starea de solicitare interna a sonotrodei, cu un maxim de 57,3 N/ mm2, curba evolutiei amplitudini, transferul de energie, si pierderile, sunt prezentate in curbele de variatie din figura 2.1. Sunt definite forma si dimensiunile sistemului de interfatare cu elementele de cuplare – booster sau convertor piezoceramic. Elementele caracteristice ale sonotrodelor , utilizate in programul experimental sunt prezentate in tabelu2.1 .

Fig.2.1 . Starea de solicitare interna a sonotrodei - maxim de 57,3 N/ mm2

57,3MPa

26,1μm 125,6-9W/m3

101,810-4J

Page 5: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

5

Tabelul 2.1. Caracteristici ale sonotroda 20 kHz , utilizate in programul experimental

Utilizind aparatura specifica de laborator, s-a masurat amplitudinea de oscilatie la virful sonotrodei, in regim fara sarcina. Acesata corespunde cu amplitudinea teoretica rezultat din linia ansamblului rezonator mecanic format din convertor piezocermaic, transformator de amplitudine 1:1, sonotroda, 26.1μm la frecventa de rezonanta de 20 kHz. Geometria specifica in zonele active pentru sonotroda specializata 20 kHz, utilizata in programuul experimental sunt prezentate in imaginile din figura 2.2. Sonotroda de tip I, este caracterizata de o suprafata activa de 48mm2 , continind 4 striatiuni longitudinale cu pasul de 0,5 mm si adincimea striatiunilor de 0,42 mm si 7 striatiuni tranversale.

Fig.2.2 Geometria zonelor active a sonotrodelor I - sonotroda cu 4 striatiuni longitudinale, pas 0,5 mm

2.2. Elaborararea de tehnologii exploratorii de microimbinare conductori multifilari In tabelul 2, se prezinta sintetic parametri dezvoltati in programele experimentale de microimbinare a conductorilor multifilari, cuplurile de materilae utilizate, frecventa ultrasonica, timp de sudare in perioade si presiunea sistemului de asigurare a fortei tehnologice de sudare. Tabelul 2.2 Parametri programelor eperimentale

Parametrii tehnologici Experiment Frecventa [kHz] Timp sudare

[Perioade] Presiune

[ Bari] Experimentul 1

Cu 99,95 + multifilarCu 99,95 3x1,75 mm2

20 325 5,1

Experimentul 2 Cu 99,95 + multifilar Cu 99,95

1x1,75 mm2 + multifilar Al99,95 2x1,75 mm2

20 310 4,9

Experimentul 3 AlSi3 + multifilar Al99,95 3x1,75

mm2

20 120 2,9

Material Vsunet [m/s]

Lungime sonotroda [Mm]

Frecventa rezonantakHz

Factor amplificare

Solicitare maxima Mpa/x=

Coordonata nod oscilatie [mm]

Putere disipata[Watt]

OLC45 5334 146,9 2,0 2,61 86,8/102,5 65,00 2,0 10-3

8

6

Page 6: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

6

Regimurile tehnologice de sudare ultrasonica au fost identificate in baza de experimente preliminare de sudare, si se considera a fi optime din punct de vedere al aspectului vizual, si amprentari sonotrodei la nivelul conductorilor multifilari, respectiv amprenta la nivelul sonotrodei pe suprafata terminalului de cupru. Capitolul 3 3. Caracterizare structurala si functionala a microimbinarilor Experimentul 1. Sudare conductor multifilar cupru pe suport cupru suport terminale configuratie conector tip papuc electric, cupru 99,95 (gros 1mm) 20 kHz ; Forma si configuaratia zonei imbinate, precum si rezultatele corespunzatoare ale probei imbinate prin analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 sunt prezentate in figura 3.1

Fig.3.1 Analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 A- analiza termografica; B – Imagine macro; C- Imbinare sudata ultrasonic

Temperatura maxima, in zona de colimare a analizorului FLIR SYSTEMS THERMOVISION A 40, figura 3.1a, indica o temperatura de 400 C, dezvoltata de echipament in intervalul de 2,5 secunde de la startul ciclului de sudare ultrasonica. Microscopia digitala asupra reperului imbinat, figura 3.1 b, evidentiaza in figura 3.1 c, zone distincte de suprafete imbinate. Topografia suprafetelor imbnarii la nivelul interfetei, investigata cu aparatul HIROX 1300 sunt prezentate in figura 3.2. Conductor multifilar in contact cu sonotroda figura 3.2a, avers, este evidentiata prin amprentare a pronuntata a configuratiei structurii acesteia.

A

B

C C

Page 7: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

7

Topografia interfatei conductor multifilar cu suportul de cupru dupa proba de incercare la tractiune sunt prezentate in figurile 3.2b si 3.2 c.

Fig.3.2 Topografia interfetei cu microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 A – amprenta sonotroda avers; B – Conductor multifilar Revers; C- Material

rezidual dupa proba de tractiune pe suportul de cupru

Experimentul 2. Sudare conductor multifilar cupru si aluminium pe suport cupru suport terminale configuratie conector tip papuc electric, cupru 99,95 (gros 1mm) 20 kHz ; Forma si configuaratia zonei imbinate, precum si rezultatele corespunzatoare ale probei imbinate prin analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 sunt prezentate in figura 3.3

Fig. 3.3 Analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 A- analiza termografica; B – Imagine macro; C- Imbinare sudata ultrasonica

Temperatura maxima, in zona de colimare a analizorului FLIR SYSTEMS THERMOVISION A40, figura 3.3 a, indica o temperatura de 150 C, dezvoltata de

C

A

B

C C

A B C

Page 8: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

8

echipament in intervalul a 1,5 secunde de la startul ciclului de sudare cu ultrasunete. Cresterea rapida a temperaturii se datoreaza dimensiunilor reduse ale reperelor, grosime cupru 1,0mm. Microscopia digitala asupra reperului imbinat, figura 3.3 b, evidentiaza in figura 3.3 c zone distincte de suprafete imbinate ultrasonic. Topografia suprafetelor imbnarii la nivelul interfetei, investigata cu aparatul HIROX 1300 sunt prezentate in figura 3.4. Conductor multifilar aluminiu in contact cu sonotroda figura 3.4a, avers, este evidentiata prin amprentare a pronuntata a configuratiei structurii acesteia. Topografia interfatei conductor multifilar aluminiu cu suportul de cupru dupa proba de incercare la tractiune sunt prezentate in figurile 3.4b si 3.4 c.

Fig.3.4 Topografia interfetei cu microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 A – amprenta sonotroda, avers; B – Conductor multifilar aluminiu, revers; C-

Material rezidual dupa proba de tractiune pe suportul de cupru

Experimentul 3. Sudare conductor multifilar aluminium si suport AlMgSi3 terminale configuratie conector tip papuc electric, (gros 1,5mm) 20 kHz ;

Fig.3.5 Analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 A- analiza termografica; B – Imagine macro; C- Imbinare sudata ultrasonic

B

A

C C

CBA

Page 9: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

9

Forma si configuaratia zonei imbinate, precum si rezultatele corespunzatoare ale probei imbinate prin analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 sunt prezentate in figura 3.5 Temperatura maxima, in zona de colimare a analizorului FLIR SYSTEMS THERMOVISION A40, figura 3.5 a, indica o temperatura de 195 C, dezvoltata de echipament in intervalul a 1,0 secunde de la startul ciclului de sudare ultrasonica. Cresterea rapida a temperaturii se datoreaza dimensiunilor reduse ale reperelor, grosime aliaj aluminiu 1,5 mm. Microscopia digitala asupra reperului imbinat, figura 3.5b, evidentiaza in figura 3.5c zone distincte de suprafete imbinate ultrasonic. Topografia suprafetelor imbnarii la nivelul interfetei, investigata cu aparatul HIROX 1300 sunt prezentate in figura 3.6. Conductor multifilar in contact cu sonotroda figura 3.6a, avers, este evidentiata prin amprentare a pronuntata a configuratiei structurii acesteia. Topografia interfatei conductor multifilar cu suportul de cupru dupa proba incercare la tractiune sunt prezentate in figurile 3.6b si 3.6 c.

Fig.3.6 Topografia interfetei cu microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300 A – amprenta sonotroda avers; B – Conductor multifilar aluminiu, interfata

material de baza; C- Structura multifilar aluminiu compactat Capitolul 4

4. Metodologie de testare la incercarea la tractiune a imbinarilor conform ISO 14273-2000.

Cerinte pentru calitatea imbinarilor ultrasonice a conductorilor multifilari

4.1 Incercarea la tractiune a imbinarilor conform ISO 14273-2000. Specimenele sudate cu ultrasunete au fost testate si la incercarii mecanice de tractiune prin utilizarea echipamentului Zwig Roell Proline 500 in conformitate cu ISO 14273-2000. Rezultatele programului experimental sunt prezentate selectiv pentru cele 3 grupe de materiale testate, tabelul 4.1 si diagrame asociate pentru experimenul 1, figura 7a; tabelul 4.2 si diagrama asociata figura 4.1b, pentru experimentul 2, si tabelul 4.3 si diagrama asociata figura 7c, pentru experimentul 3. Testele efectuate la tractiune prezentate in tabelul 3 si in diagramele din figura 4.1a, arata rezultatele cele mai bune cu o medie de 1300N, la un regim de sudare dur timp de sudare 325 perioade si presiune de 5,1 bari, comparativ cu imbinarile ultrasonice cablu multifilar cu si aluminiu sudate pe suport din cupru, tabelul 4.2 si diagrama

A

CB

Page 10: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

10

4.1b, tot la un regim de sudare dur, 310 perioade timp de sudare si 4,9 bari presiunea pneumatica din sistemul de asigurare a fortei tehnologice de sudare.

Table4.1. Rezultatele programului experimental Table3. Parametri programelor eperimentale Table3. Parametri programelor eperimentale Table4. Rezultatele programului experimental Table5. Rezultatele programului experimental Table4.2 Rezultatele programului experimental Table4.3 Rezultatele programului experimental

Fig. 4.1 Rezultatele programului experimental . Rezultatele programului de sudare cu ultrasunete la testele efectuate la tractiune prezentate in tabelul 4.3, diagrama 4.1c, sunt obtinute la un regim de sudare moale, 120 perioade timp de sudare si presiune de 2,9 bari. Acestea arata ca potentialul tehnologiilor de imbinare a conductorilor multifilari din aluminium la sectiuni mari pot sa constituie o alternativa la tehnologiile de imbinare conductori multifilari din cupru.

CBA

Page 11: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

11

4.2 Cerinte pentru calitatea imbinarilor ultrasonice a conductorilor multifilari

Standardul IPC / WHMA-A-620, este un document de consens pentru industrie, dar nu se poate aborda toate combinațiile posibile de proiectare a produsului. Cu toate acestea, standardul nu oferă criterii pentru cele mai frecvente tehnologiile utilizate. În cazul în care tehnologii mai puțin frecvente sau de specialitate sunt utilizate, poate fi necesar să se dezvolte unic criteriile de acceptare.Elaborarea unor criterii unice ar trebui să includ implicarea clientului sau consimțământul și criteriile de dezvoltatare ar trebui să includă o definiție convenită pentru acceptarea fiecărei caracteristici. In imaginile din figurile 4.2 a,b, sunt prezentate selectii din standardul IPC / WHMA-A-620, privind criteriile de aceptare la inspectia vizuala a imbinarilor conductorilor multifilari prin tehnologii ultrasonice

Capitolul 5 - Concluzii

In cadrul lucrarii s-au efectuat experimentari tehnologice de microimbinare in cadrul unui program sistematic pentru conductori multifilari din cupru pe suport dein cupru si aluminiu pe suport din aluminiu, precum si imbinari din materiale disimilare.

5.1 Materialele supuse experimentarilor au fost :

Experimentarile au avut in vedere microimbinarea cu ultrasunete, de materiale de tip conductori multifilari prin tehnologii ultrasonice flexibile.

Pentru experimentari s-au folosit materiale dupa cum urmeaza : • Materiale suport:

a) Suport terminale configuratie conector tip papuc electric, cupru 99,95 (gros 1mm) ;

Fig. 4.2a Clasa 1,2,3 • Sfârșitul de izolare este între una

și două diametre de sârmă de la pepită de sudură.

A B

Fig. 4.2b Defect - Clasa 1,2,3 • Izolatia este încorporat în pepită

de sudură. .

Page 12: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

12

b) Suport terminale configuratie conector tip papuc electric, aluminiu 99,95 (gros1,5mm) ; c) Suport terminale configuratie conector tip papuc electric, AlMgSi3 (gros1,5mm) ;

• Materiale de microimbinare:

d) Conductori multifilari Cu 99.95 1,75 mm2, diametrul de 0,17 mm, 35 fire; e) Conductori multifilari Al99,5 1,25 1,75 mm2 diametrul de 0,17 mm, 20 fire Sistemul flexibil utilizat dispune de un sistem centralizat de achizitie si

urmarire a datelor de proces, care include, posibilitatea urmaririi si controlului temperaturii procesului cu camera termografica, 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.

5.2 Programul experimental exploratoriu a fost realizat pe baza unor tehnologii de imbinare 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, si care sa satisfaca cerintele rezultate din documentele normative, cerintele privind aceste categorii de materiale si aplicatii.

1.3 S-au obtinut imbinari ale unor perechi de materiale similare si disimilare si care au fost caracterizate de probele efectuate, prin analiza termografica si microscopie digitala cu aparatul HIROX 1300.

La stabilirea programului experimental s-a proiectat si utilizat un experiment factorial complet, realizat la fazele anterioare din analiza statistica a caruia au rezultat urmatoarele: Se evidentiaza factorul principal de influenta (timp de sudare, forta de apasare

la sudare si amplitudinea) S-au create premisele consolidarii unei banci de date pentru microimbinarea

termosonica pentru materiale similare si disimilare din conductori multifilari. In cazul unor aplicatii industriale din industria conectorilor 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, precum si din materiale avanstae biocompatibile si cu memoria formei.

5.5 Pentru aceasta etapa s-au realizat tehnologii preliminare de microimbinare

termosonica pentru materiale similare si disimilmilare, conductor multifilar cupru si aluminiu, pe suport cupru, conductori multifilari aluminiu pe suport aluminiu, conductori multifilari aluminiu pe suport AlMgSi, conductori multifilari din cupru si aluminiu pe suport aluminiu.

5.6 S-au realizat programe sistemetice de incercare la tractiune a imbinarilor sudate, pentru cele trei familii de materiale testate conform metodologiei ISO 14273-2000

Page 13: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

13

5.7 S-a realizat o evaluare calitativa a imbinarilor din punct de vedere al standardului IPC / WHMA-A-620,control vizual

5.6 Lucrarile realizate corespund in totalitate cu activitatile planificate in cadrul proiectului pentru aceasta etapa.

2. Rezultate, stadiul realizarii obiectivului proiectului nucleu, concluzii si propuneri pentru continuarea proiectului

6.1 Rezultate

Evaluare sistem programare axe deplasare in coordonate x,y,z pentru

modelelele de echipamente de imbinare termosonica dezvoltate in proiect 60-70 kHz;

Optimizarea tehnologiilor de microimbinare pentru aplicatii industriale. Experiment factorial microimbinare disimilara a conductorilor monofilari din aliaje de aluminiu pe suport de cupru;

Optimizarea tehnologiilor de microimbinare pentru aplicatii industriale. Experiment factorial microimbinare disimilara a conductorilor monofilari din aliaje de aluminiu pe suport de aluminiu;

Optimizarea tehnologiilor de microimbinare pentru aplicatii industriale. Experiment factorial microimbinare a conductorilor monofilari de cupru pe suport de cupru;

Optimizarea tehnologiilor de microimbinare pentru aplicatii industriale. Experiment factorial microimbinare a conductorilor monofilari din alama pe suport de cupru;

Optimizarea tehnologiilor de microimbinare pentru aplicatii industriale. Experiment factorial microimbinare a conductorilor monofilari din aliaje de aluminiu pe suport de aluminiu;

Tehnologiile optime obtinute, pentru maximizarea functiilor obiectiv amprentarea la sudarea, suprafata de rupere si rezistenta mecanica sunt prezentate in tabelul faza 7 a proiectului, sub forma sistematizata, ca banca tehnologica de date;

Tehnologii preliminare de microimbinare disimilara a conectorilor din materiale noi, biocompatibile pe suport neferos de cupru si aluminiu.Tehnologii preliminare de microimbinare materiale ingineresti, sudare conductor multifilar cupru pe suport alama (CuZn37, grosime 0,8mm), sudare conductor multifilar cupru 4 toroane pe suport (Cu99,95, grosime 0,4mm), sudare conductor multifilar cupru pe suport conector Cu99,95, grosime 0,4mm argintat; sudare conductor monofilar aluminium Al99,95 D=0,8mm pe suport conector Cu99,95, grosime 0,4mm, sudare conductor cupru Cu99,95 multifilar compactat pe suport conector Cu99,95, grosime 0,5 mm

Realizarea unui sistem flexibil exerimental de sudare cu ultrasunete la frecvente de 20 kHz si 40 khz;

Interfatarea sistemului flexibil la un automat programabil parametrizare procese tehnologice de imbinare conductori multifilari cupru si aluminiu

Page 14: PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin ... 12.pdf · fenomeneor ce insotesc sau determina chiar prelucrarea cu ultrasunete exista in prezent un numar mare de cercetari

PN 09-160102 –Microimbinarea materialelor neferoase prin procedee termosonice

14

Realizarea de tehnologiilor exploratorii de microimbinare pentru potentiale aplicatii industriale. Experimentari preliminare de microimbinare a materialelor din familia cuprului si aluminiului;

Monitorizare proces tehnologic cu camera termografica; Calibrare electroultraacustica ansamblu rezonator convertor, booster,

sonotroda 40 kHz, pentru aplicatii industriale Calibrare electroultraacustica ansamblu rezonator convertor, booster,

sonotroda 20 kHz, pentru aplicatii industriale S-au aplicat pentru testatea in programele experimentale a specimenelor

sudate ultrasonic metodologii conform ISO 14273-2000 S-au aplicat metode evaluare calitativa a imbinarilor din punct de vedere al

standardului IPC / WHMA-A-620,control vizual

Responsabil proiect, Dr. Ing.Octavian OANCA