Avaliação dos parâmetros tempo, corrente e pressão na soldagem por resistência elétrica de compósitos PEI/fibras contínuas: influência na resistência mecânica

Abstract

Nowadays, many components applied in the aerospace industry, which had been previously used with thermoset matrix composites, are being replaced by those with thermoplastic matrix, which is mainly due to having better mechanical properties, the possibility of reuse and ease in manufacturing large and complex parts which will be integrated to form the desired component with higher service temperature. However, a major problem concerning the use of polymer composites for structural applications consists in its effective integration of components. Electrical resistance welding has been considered as one of the most promising techniques for bonding thermoplastic composites because it is a quick process with little surface preparation. The main objective of this work is to study the resistance welding parameters for PEI (polyether imide), and carbon and glass (hybrid) fibers laminates for aeronautical applications. The composite specimens were welded and subjected to the lap shear test in order to establish the most suitable variable in this process. It was used a full factorial design that allowed, with fewer experiments, exploring the whole experimental area of interest, establishing values of electric current, pressure and time for the studied welding process.

Atualmente, muitos componentes destinados à indústria aeronáutica, que anteriormente utilizavam compósitos com matriz termorrígida, vêm sendo substituídos por aqueles que apresentam matriz termoplástica, devido principalmente às melhores propriedades mecânicas obtidas, possibilidade de reaproveitamento do mesmo e a facilidade na fabricação de peças grandes e complexas, que serão integradas para formar o componente final desejado, assim como a sua temperatura de serviço mais elevada. Entretanto, um dos principais problemas da utilização de compósitos poliméricos em aplicações estruturais consiste em sua união efetiva para a integração de componentes. Nos últimos anos, a soldagem por resistência elétrica vem sendo considerada como uma das mais promissoras técnicas para a união de compósitos, pois se trata de um processo com pouca preparação de superfície e com qualidade aceitável no setor industrial. O principal objetivo deste trabalho consiste no estudo de parâmetros de soldagem por resistência elétrica para o compósito polimérico PEI poli (éter-imida) reforçado com fibras de carbono e de vidro (sistema híbrido) para aplicações aeronáuticas. As amostras do compósito foram soldadas e submetidas ao ensaio de lap shear para obtenção de tensão de ruptura ao cisalhamento de juntas simples. A partir deste ensaio foram estabelecidas as variáveis mais adequadas para utilização neste processo. O método utilizado foi um planejamento experimental fatorial completo que permitiu, com um número menor de experimentos, explorar todo o espaço experimental de interesse, estabelecendo os valores mais adequados de corrente elétrica, pressão e tempo para o processo de soldagem estudado.