The influence of manufacturing processes on resistance welded fiber-reinforced thermoplastics

La saldabilità è una delle caratteristiche più vantaggiose dei compositi termoplastici rispetto ai più utilizzati termoindurenti. Tra le tecniche a disposizione, la saldatura a resistenza si è dimostrata una delle più promettenti, attraendo l’interesse dell’industria aeronautica. Finora, la ricerca nel campo della saldatura a resistenza si è concentrata su materiali da laboratorio pressoché perfetti, generalmente prodotti tramite hot-press (anche detta compression moulding). Con lo sviluppo di tecniche innovative per la produzione di grandi componenti, è diventato necessario valutare se la diversa qualità dei componenti così prodotti possa influenzare il processo di saldatura in modo differente rispetto ai materiali usati tradizionalmente. Per la prima volta, si è perciò studiata l’influenza del processo produttivo sulla saldatura a resistenza di laminati in LM-PAEK rinforzati con fibra di carbonio. Per farlo, sono state condotte due campagne sperimentali parallele. In una sono stati utilizzati dei laminati tradizionali prodotti mediante pressatura a caldo, nell’altra, laminati prodotti tramite la più innovativa tecnica Automated Fibre Placement (AFP). La configurazione scelta per la giunzione è del tipo a sovrapposizione semplice (single lap joint). Tra i parametri di processo sono stati considerati pressione, temperatura interna, corrente, tempo di residenza e rateo di raffreddamento. I test sono stati organizzati mediante tecniche di Design of Experiments (DOE). La qualità dei giunti è poi stata analizzata per mezzo sia di controlli distruttivi che non distruttivi. Si è notato che le caratteristiche iniziali dei laminati come consolidamento e finitura superficiale possono modificare il processo di riscaldamento. Inoltre, tutti i laminati AFP testati a taglio sono arrivati a cedimento prima della giunzione, e a un valore di carico inferiore rispetto alle giunzioni del gruppo di laminati pressati a caldo. La qualità dei laminati utilizzati è quindi un parametro che definisce in maniera importante il comportamento meccanico dei giunti e su cui il processo di saldatura ha attualmente poca influenza. L’ottimizzazione dei parametri di processo permette però di ridurre considerevolmente la porosità interna dei laminati, e potrebbe quindi migliorare la resistenza a fatica del giunto.