تتمتع مجموعة المعهد الفرنسي للحام (IS) بخبرة تزيد عن 100 عام في معادن اللحام ، وهي حاليًا تصبح رائدة في لحام المواد المركبة بالحرارة. قامت IS Group بتطوير"؛ اللحام الحثي الديناميكي"؛ العملية ، التي تم استخدامها لربط ألياف الكربون / بولي إيثير كيتون كيتون (PEKK) موصلات أحزمة أحادية الاتجاه وجلد جسم الطائرة في مشروع عرض مركب لدن بالحرارة في الفضاء الجوي لشركة STELIA Aerospace.
على الرغم من نجاح هذه العملية ، لا يوجد عامل حساس في الواجهة ، لذلك هناك قيود في أداء نصف القطر للمراسلين المستعبدين والتدفئة الشاملة لألواح الجدران. المستقبِل هو المادة الموضوعة بين جسمين مرتبطين من المفصل الملحوم المركب بالحرارة ، ويتم تسخين المادة بواسطة ملف الحث في المفصل الملحوم. يمكن أن يكون المستقبِل جسمًا موصلًا يتم تسخينه بواسطة المقاومة أو جسمًا مغناطيسيًا يتم تسخينه بالتباطؤ. يذوب القاعدة في واجهة اللحام ويضغط القاعدة معًا لتشكيل وصلة ملحومة عالية القوة. كان المستقبِل المستخدم في اللحام التعريفي لمركبات اللدائن الحرارية عبارة عن شاشة معدنية أو شبكة ، مشربة أحيانًا بالبوليمر.
أقامت IS Group شراكة مع Arkema ، وهي مورد للمواد البلاستيكية الحرارية ، من أجل التطوير المشترك والحصول على تقنية مسجلة ببراءة اختراع تسمى Welding Innovation Solution.
أساس حلول اللحام المبتكرة
أساس حلول اللحام المبتكرة هو استخدام حساسات لتسخين واجهة اللحام ، ولكن هذا هو متحصل متحرك متصل برأس اللحام. يسمح المستقبِل للعملية بتحديد موقع منطقة التسخين الخاصة باللحام بشكل مثالي ، ويكون رأس اللحام مع المستقبِل متحركًا ، لذلك لا توجد بقايا في الواجهة ولن تتداخل مع أداء الهيكل الملحوم. في التكرارات المبكرة للحام التعريفي ، ظل محرض الشبكة المعدنية في اللحام ، لكن هذه لم تكن النتيجة المرجوة. نظرًا لأن ألياف الكربون الموجودة في رقائق الفضاء العادية موصلة للكهرباء ، فقد تمكنت أحدث التقنيات من القضاء على المستقبِل ، والذي يتيح أيضًا استخدام مواد ألياف الكربون كمستقبل.
ميزة أخرى لحل اللحام المبتكر هي استخدام مصفوفة لدائن حرارية نقية أو طبقة ذات محتوى ألياف منخفض في واجهة اللحام لزيادة سيولة الراتنج. يمكن ضبط درجة حرارة الانصهار واللزوجة لطبقة الواجهة ، ويمكن أيضًا تشغيلها لتوفير التوصيل أو العزل لمنع التآكل الكهربائي ، مثل التآكل الكهربائي بين ألياف الكربون والألمنيوم أو الفولاذ.
نتائج حلول اللحام المبتكرة
المعامل المشترك لهذا الحل هو 80٪ ~ 90٪. يتوافق معامل الوصلة مع قوة اللحام ويستخدم للمعادن والبلاستيك والمواد المركبة. في اختبار القص أحادي اللفة على لوحين مُعالجين مسبقًا ملحومين معًا باستخدام هذا المحلول ، تم الحصول على 80٪ إلى 90٪ من أداء اللوح المرجعي غير الملحوم والمعقم. استخدمت هذه الاختبارات أحزمة أحادية الاتجاه مصنوعة من ألياف الكربون Hextow AS7 و Arkema Kepstan 7002 PEKK.
يمكن استخدام حلول اللحام المبتكرة في لحام أي نوع من الركائز: PE ، PA ، PEKK ، PEEK والكربون ، الزجاج أو ألياف الأراميد المركبة بالحرارة المقواة. علاوة على ذلك ، يمكن أيضًا لحام المكونات ذات الشبكات النحاسية لمنع الصواعق ، وهو المفتاح لتصنيع الهياكل الفضائية. تصميم حل اللحام المبتكر مؤتمت بالكامل ، مع رأس اللحام المركب على روبوت ذو 6 محاور.
التحكم في درجة حرارة اللحام
من المشاكل الشائعة التي تتعرض لها مستشعرات الشبكة المعدنية عند تعرضها لمجال مغناطيسي التوزيع غير المتكافئ لدرجات الحرارة للأجزاء الملحومة. يتحكم المحلول في ذلك عن طريق استخدام حساس لإذابة واجهة اللحام ، باستخدام بيرومتر ليزر لاستشعار درجة الحرارة ، والذي يقيس بالفعل حافة المستشعر من الجانب. لذلك ، يمكن معرفة درجة الحرارة الدقيقة عند الواجهة. تُستخدم طرق التبريد أيضًا للمساعدة في التحكم في درجة الحرارة والتأكد من أن مادة اللدائن الحرارية يمكن أن تتبلور بالكامل خلال عملية اللحام.
اختبار لحام الجلد سترينجر
تعد STELIA ، وهي شركة تابعة لشركة Airbus ، واحدة من أوائل العملاء لعملية اللحام التعريفي هذه. أجرت IS Group و Arkema دراسة خاصة لـ STELIA ، حيث قاموا بلحام 7 طبقات من موترات الكربون / PEKK بـ 14 طبقة من الجلد وتغطيتها بشبكات نحاسية لمنع ضربات الصواعق. الهدف النهائي هو لحام هيكل بطول 30 مترًا وخط مستقيم وقسم منحني مزدوج. المكونات مصنوعة من شريط أحادي الاتجاه 194 جم / م 2 بما في ذلك ألياف الكربون Tenax HST45 و Kepstan 7002 PEKK. تحدد STELIA لحامًا متجانسًا بخصائص ميكانيكية تزيد عن 85٪ من المادة المرجعية المعالجة بواسطة الأوتوكلاف ، ولن تتحلل الخصائص الحرارية أو الميكانيكية للمادة اللاصقة. تطلبت STELIA أيضًا تطوير عملية قوية لتغيير سمك المادة اللاصقة. أجرت IS Group اختبارات كيميائية وأداء على المكونات الملحومة.
تمكنت IS Group و Arkema من تلبية متطلبات STELIA&، وتحقيق أكثر من 85 ٪ من أداء القص اللفة الواحدة وقوة القص بين الصفائح مقارنةً بالصفائح المرجعية المُعالجة بواسطة الأوتوكلاف. لا يوجد انتشار أو تدهور في شبكة الحماية المكونة من الصواعق أو الصواعق. العيب الوحيد هو السرعة. تتطلب STELIA أن تكون سرعة اللحام أكبر من أو تساوي 1 م / دقيقة. حاليًا ، سرعة هذا الحل 0.3 متر في الدقيقة. فيما يتعلق بسماكة المادة الأساسية التي يمكن لحامها ، يمكن لحام السماكة النموذجية لهياكل الفضاء ، ويمكن لحام الأجزاء بسمك 5 مم إلى قاعدة 5 مم.
الفرص والتحديات التقنية
IS Group و Arkema هما المالكان المشاركان لتقنية حلول اللحام المبتكرة وقد قاما بحماية التكنولوجيا من خلال مجموعة براءات اختراع موثوقة ، والتي تشمل بالفعل خمسة طلبات براءات اختراع فرنسية ودولية. يمكن استخدام حل اللحام المبتكر مع أي مصفوفة مركبة من اللدائن الحرارية ، وتعرض IS Group التكنولوجيا من خلال خطة للتعاون مع الشركات الأوروبية والأمريكية. بالنسبة لشركة Arkema ، ينصب التركيز على PEKK ، التي شكلت تحالفًا استراتيجيًا مع Hexcel في عام 2018 لتطوير أحزمة الكربون / البلاستيك الحراري للطائرات المستقبلية ، مع التركيز على تزويد العملاء بتكاليف أقل وسرعات إنتاج أسرع. كجزء من الشراكة ، ستنشئ فرنسا مختبرًا مشتركًا للبحث والتطوير.
يعد مشروع المركبات المتكاملة المؤتمتة للغاية والذي تبلغ تكلفته 13.5 مليون يورو لمدة 48 شهرًا للهياكل التكيفية استمرارًا للتحالف الاستراتيجي بين Arkema و Hexcel. سيعمل المشروع على تحسين تصميم وتصنيع المواد المستخدمة في إنتاج الأجزاء المركبة من أجل تحقيق تكاليف تنافسية. كما ستعمل على تطوير تقنية وضع / تخطيط مواد مركبة أكثر كفاءة ، بالإضافة إلى نظام جديد مع مراقبة الجودة عبر الإنترنت لتجميع الأجزاء النهائية عن طريق اللحام. تشمل التطبيقات المستهدفة الهيكل الرئيسي للطائرات ، والأجزاء الهيكلية في صناعة السيارات ، وخطوط الأنابيب في صناعة النفط والغاز. تعد مزايا إعادة التدوير والاستدامة التي توفرها المواد البلاستيكية الحرارية مهمة أيضًا لهذه الأسواق وسيتم توضيحها وتحديدها كميًا في المشروع.
مقارنة بعام 2017 ، تتمثل إحدى المزايا التي يمكن أن توفرها حلول اللحام المبتكرة في تقليل الطاقة المطلوبة بنسبة تزيد عن 50٪ مقارنة بعملية اللحام بالحث الديناميكي. مع الحث التقليدي ، يلزم وجود طاقة عالية لتسخين السطح ، ولكن مع وجود حساسات في الواجهة ، يكون السطح الساخن أصغر بكثير والطاقة المطلوبة أقل بكثير. يساعد هذا أيضًا على منع اهتزاز نصف قطر سترينجر. إذا كانت التسخين أكثر من اللازم ، فسوف تعمل على تليين المادة الموجودة على نصف القطر وتحريك الألياف هناك. ومع ذلك ، لا تزال هناك مشكلة في تبديد الحرارة. بالنسبة للأشكال المسطحة ، يكون التحكم الحراري بسيطًا جدًا ، ولكن مع زيادة تعقيد الشكل ، يصبح الأمر أكثر صعوبة. في الوقت الحاضر ، الهدف الرئيسي هو الاستمرار في تطوير وتحقيق لحام شعاع علوي للجلد على نطاق نموذجي ، ولا يزال التركيز على إدخال التكنولوجيا في خطة تطوير الطائرات الجديدة.
