थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर कंपोजिट के लिए इंडक्शन वेल्डिंग तकनीक अभी भी शुरुआती चरण में है।

थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर कंपोजिट के लिए पांच वेल्डिंग विधियों का परिचय

थर्मोसेटिंग कंपोजिट के विपरीत, थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट मोल्डिंग के बाद भी पिघल सकते हैं। थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर भागों का कनेक्शन द्वितीयक पिघलने और दबाव लगाने के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जिसे वेल्डिंग प्रक्रिया के रूप में माना जा सकता है। वर्तमान में, थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर कंपोजिट के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली वेल्डिंग तकनीकों में गर्म गैस, प्रतिरोध, अल्ट्रासोनिक, इंडक्शन और लेजर वेल्डिंग शामिल हैं। प्रत्येक वेल्डिंग विधि के अपने फायदे और नुकसान हैं, और विधि का चुनाव विभिन्न परिदृश्यों और आवश्यकताओं पर आधारित होना चाहिए।

1.हॉट गैस वेल्डिंग:

विवरण: गर्म गैस वेल्डिंग जोड़ पर थर्मोप्लास्टिक सामग्री को पिघलाने और फ्यूज करने के लिए गर्म गैस (आमतौर पर नाइट्रोजन) की एक धारा का उपयोग करती है।

प्रक्रिया: सामग्रियों की सतह को गर्म गैस से गर्म किया जाता है, और उन्हें एक साथ जोड़ने के लिए दबाव डाला जाता है।

लाभ: तापमान और दबाव पर सटीक नियंत्रण होता है, जो इसे विभिन्न थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट के लिए उपयुक्त बनाता है।

विचार: अत्यधिक गर्म होने और कार्बन फाइबर को नुकसान पहुंचने से बचाने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए।

2.प्रतिरोध वेल्डिंग:

विवरण: प्रतिरोध वेल्डिंग में सामग्री के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित करना, जोड़ पर गर्मी पैदा करना शामिल है।

प्रक्रिया: दो घटकों को एक साथ दबाया जाता है, और जोड़ के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, जिससे स्थानीय हीटिंग होता है।

लाभ: प्रक्रिया त्वरित है, बड़ी संरचनाओं के लिए उपयुक्त है, और इसे स्वचालित किया जा सकता है।

विचार: सामग्रियों में पर्याप्त चालकता होनी चाहिए, और स्थानीय रूप से अधिक गर्म होने का खतरा होता है।

3.अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग:

विवरण: अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग जोड़ पर गर्मी उत्पन्न करने के लिए उच्च आवृत्ति कंपन का उपयोग करती है, जिससे थर्मोप्लास्टिक सामग्री पिघलती और जुड़ती है।

प्रक्रिया: अल्ट्रासोनिक कंपन इंटरफ़ेस पर लागू होते हैं, जिससे स्थानीय हीटिंग और बॉन्डिंग होती है।

लाभ: प्रसंस्करण की गति तेज है, जो इसे छोटे और जटिल भागों के लिए उपयुक्त बनाती है, जिससे आसपास के क्षेत्रों पर न्यूनतम तापीय प्रभाव पड़ता है।

विचार: उचित आवृत्ति और आयाम सेटिंग्स महत्वपूर्ण हैं, और यह विधि सभी थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती है।

4. इंडक्शन वेल्डिंग:

विवरण: इंडक्शन वेल्डिंग जोड़ पर थर्मोप्लास्टिक सामग्री को गर्म करने के लिए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का उपयोग करता है।

प्रक्रिया: एक इंडक्शन कॉइल सामग्री के भीतर गर्मी उत्पन्न करती है, जिससे वेल्डिंग के लिए एक स्थानीय पिघलने वाला क्षेत्र बनता है।

लाभ: हीटिंग पर सटीक नियंत्रण है, जो इसे आसपास के क्षेत्रों पर न्यूनतम प्रभाव के साथ बड़ी संरचनाओं के लिए उपयुक्त बनाता है।

विचार: सामग्रियों में पर्याप्त चालकता होनी चाहिए, और यह विधि सार्वभौमिक रूप से लागू नहीं है।

5.लेजर वेल्डिंग:

विवरण: लेज़र वेल्डिंग जोड़ों पर सामग्रियों को गर्म करने और पिघलाने के लिए एक अत्यधिक केंद्रित लेज़र बीम का उपयोग करती है, जिससे वे ठंडा होने पर एक बंधन बनाते हैं।

प्रक्रिया: लेजर बीम को इंटरफ़ेस की ओर निर्देशित किया जाता है, जो थर्मोप्लास्टिक सामग्री को तेजी से गर्म करता है। फिर घटकों को एक साथ दबाया जाता है, जिससे जमने पर एक वेल्ड बन जाता है।

लाभ: लेजर वेल्डिंग थर्मल इनपुट, अपेक्षाकृत तेज़ वेल्डिंग गति पर उच्च परिशुद्धता और नियंत्रण प्रदान करती है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। यह न्यूनतम गर्मी प्रभावित क्षेत्र बनाता है, भौतिक गुणों को संरक्षित करता है, और संदूषण का कम जोखिम पैदा करता है।

विचार: क्षति को रोकने के लिए कार्बन फाइबर को अधिक गरम होने से बचाने के लिए लेजर वेल्डिंग के दौरान सावधानी बरतनी चाहिए।

थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर के लिए परिपक्व इंडक्शन वेल्डिंग तकनीक एयरोस्पेस उद्योग को लाभ पहुंचाती है

इंडक्शन वेल्डिंग तकनीक कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक मिश्रित संरचनाओं को जोड़ने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। चूंकि कार्बन फाइबर प्रवाहकीय है और एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के अधीन होने पर एड़ी धाराएं उत्पन्न कर सकता है, इसलिए कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट को वेल्डिंग करते समय अतिरिक्त प्रेरण सामग्री पेश करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

जैसे-जैसे एयरोस्पेस थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट के लिए विनिर्माण तकनीक परिपक्व होगी और उत्पादन लागत कम होगी, एयरोस्पेस विनिर्माण में उनका अनुप्रयोग काफी बढ़ जाएगा। इसके अतिरिक्त, एयरोस्पेस घटकों की जटिल संरचना के लिए कनेक्शन प्रौद्योगिकियों के माध्यम से सरल भागों को समग्र रूप से इकट्ठा करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, इंडक्शन वेल्डिंग सहित एयरोस्पेस थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट के लिए वेल्डिंग तकनीक विकसित करना, उन्नत विमान निर्माण अनुसंधान में एक तत्काल आवश्यकता बन गया है, और यह भविष्य में एक दीर्घकालिक कार्य बना रहेगा।

वर्तमान में, थर्मोप्लास्टिक कार्बन फाइबर के लिए इंडक्शन वेल्डिंग तकनीक को कम परिपक्वता और इस तथ्य जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है कि यह अभी तक इंजीनियरिंग प्रोटोटाइप और व्यावहारिक उत्पाद अनुप्रयोग चरणों में प्रवेश नहीं कर पाई है। हालाँकि, नागरिक विमानों के लिए थर्माप्लास्टिक कंपोजिट की इंडक्शन वेल्डिंग पर अनुसंधान अभी भी विदेशों में अपने शुरुआती चरण में है, जिसमें विभिन्न प्रमुख प्रौद्योगिकियों में सफलता मिलनी बाकी है। देशों के बीच तकनीकी अंतर बहुत स्पष्ट नहीं है। इसलिए, चीन को विमान के लिए विदेशी उन्नत सामग्री और विनिर्माण प्रौद्योगिकियों के साथ अंतर को कम करने के लिए इस क्षेत्र में विकास और अनुप्रयोग प्रयासों में तेजी लानी चाहिए। केवल मुख्य प्रौद्योगिकियों में महारत हासिल करके ही हम घरेलू एयरोस्पेस उद्योग को लाभ पहुंचा सकते हैं।

चीन में थर्मोप्लास्टिक सीएफ/पीपीएस कंपोजिट की इंडक्शन वेल्डिंग पर अनुसंधान प्रगति

कुछ शोध टीमों ने स्पॉट वेल्डिंग दृष्टिकोण का उपयोग करके लैप शीयर स्ट्रेंथ (एलएसएस) पर वेल्डिंग शक्ति और समय के प्रभावों का अध्ययन किया है। उन्होंने सीएफ/पीपीएस थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट की इंडक्शन वेल्डिंग के लिए विभिन्न प्रत्यारोपित परतों की व्यवहार्यता का भी पता लगाया। शोध में पाया गया कि अत्यधिक वेल्डिंग शक्ति या लंबे समय तक वेल्डिंग समय के कारण नमूने अधिक गर्म हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप क्रॉस-लिंकिंग, ऑक्सीकरण और राल मैट्रिक्स की गिरावट जैसी रासायनिक प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं, जो वेल्डेड जोड़ों के यांत्रिक गुणों को काफी कम कर देती हैं और यहां तक ​​कि कंपोजिट के आंतरिक गुण.

1. सीएफ/पीपीएस कंपोजिट की इंडक्शन वेल्डिंग के लिए अधिकतम समय डेटा

प्रायोगिक परिणामों से संकेत मिलता है कि जब सापेक्ष शक्ति 400 से 800 की सीमा के भीतर होती है, तो मध्यवर्ती परत तापमान वृद्धि की उच्चतम दर प्रदर्शित करती है। जैसे-जैसे सापेक्ष शक्ति बढ़ती है, तापमान बढ़ने की दर तेज़ हो जाती है, और धूम्रपान का समय पहले हो जाता है। जब वेल्डिंग का समय एक निश्चित मूल्य से अधिक हो जाता है, तो पैनलों के बीच में धूम्रपान अनिवार्य रूप से दिखाई देगा। धूम्रपान की घटना मुख्य रूप से राल के क्षरण या अवशिष्ट छोटे अणुओं के अस्थिरता के कारण होती है, जो वेल्डिंग की गुणवत्ता और दो पैनलों के बीच संबंध प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकती है। इसलिए इस स्थिति से बचना जरूरी है.

2. कतरनी ताकत (एलएसएस) पर वेल्डिंग पावर और समय का प्रभाव

स्पॉट वेल्डिंग विधि का उपयोग करके दो सीएफ/पीपीएस मिश्रित सामग्रियों पर इंडक्शन वेल्डिंग की गई, इसके बाद गर्म करने के बाद रोलर्स के साथ दबाव डाला गया। परिणामी लैप शीयर स्ट्रेंथ (एलएसएस) का परीक्षण किया गया। नतीजे बताते हैं कि इंडक्शन वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, अपेक्षाकृत कम वेल्डिंग समय के कारण, राल का बहिर्वाह गंभीर नहीं होता है, जिससे वेल्ड सतह को एक निश्चित मात्रा में राल बनाए रखने की अनुमति मिलती है। 500 की सापेक्ष शक्ति पर, कतरनी ताकत (एलएसएस) मान 65 सेकंड के हीटिंग समय पर अपने अधिकतम तक पहुंच जाता है, जो दर्शाता है कि हीटिंग का समय न तो बहुत कम होना चाहिए और न ही बहुत लंबा होना चाहिए।

3. कतरनी शक्ति (एलएसएस) पर प्रत्यारोपण परत का प्रभाव

दो सीएफ/पीपीएस मिश्रित सामग्रियों का उपयोग करते हुए, एक सीएफ/पीपीएस प्रीप्रेग के साथ जिसमें कंपोजिट के समान विनिर्देश (समान कच्चे माल, कपड़े का रूप, फाइबर वॉल्यूम सामग्री इत्यादि) हैं, स्पॉट वेल्डिंग के लिए एक प्रत्यारोपण परत का उपयोग किया गया था। परिणामों से संकेत मिलता है कि इम्प्लांट परत के जुड़ने से आम तौर पर कतरनी शक्ति (एलएसएस) में कमी आती है, जिसका श्रेय इम्प्लांट परत द्वारा गर्मी उत्पादन और चालन को सीमित करने के लिए दिया जा सकता है; हालाँकि, अधिकतम एलएसएस अभी भी 24.8 एमपीए तक पहुंच गया।