Soldadura disímil de termoplásticos unidos mediante la técnica FSW y evaluación de sus propiedades mecánicas

Abstract

In this Doctoral Thesis, the behavior of friction stirs welding (FSW) of dissimilar thermoplastics is handled through the analysis of different process parameters as well as the evaluation of the resulting mechanical properties. Tensile strength tests were carried out on polymers that have dissimilar physical-mechanical properties, which were joined by the aforementioned technique. Plates with half inch thick of thermoplastics were used: polypropylene (PP), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), and ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). In this work, two dissimilar welds were studied: ABS joined with PP and PP welded with UHMWPE. In both cases, the quality (in terms of welding efficiency) of the beads were obtained and evaluated in regard the process parameters. Once the welding stage was completed, the welding plates were machined in order to obtain tension specimens destined to tension tests, together with microhardness tests. Concerning the PP - UHMWPE joints, some welds were made with a previous heating process; whereas other specimens were tested without previous preheating. For the same joints, a fixed aluminum shoulder was designed and manufactured in order to improve the welding process, which was verified during the tensile tests. Tensile experiments were performed according the international standard ATSM638-14 for polymeric materials. A Zwick Roell model Z100 tension machine was used for tensile tests, with a constant strain rate of 5 mm/min. Results show that the ABS-PP joints present a welding efficiency around 80% with respect to the base material (polypropylene), which was taken as reference. The UHMWPE-PP joints indicated again a welding efficiency close to 80%, also obtained with respect to the same material above mentioned.

En esta Tesis Doctoral se analizó el comportamiento de la soldadura por fricción-agitación (FSW “Friction Stir Welding”), de termoplásticos disímiles mediante el análisis de diferentes parámetros del proceso, así como la evaluación de las propiedades mecánicas resultantes. Se realizaron ensayos de resistencia a la tensión de polímeros que poseen propiedades físico-mecánicas disímiles, los cuales fueron unidos mediante la técnica antes mencionada. Se utilizaron placas de termoplásticos de media pulgada de espesor: polipropileno (PP), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE). En este trabajo se estudiaron dos soldaduras disímiles; ABS unido con PP y UHMWPE con PP. En ambos casos se evaluó la calidad (en términos de eficiencia de soldadura), de los cordones de unión en relación con los parámetros utilizados del proceso. Una vez finalizada la etapa de soldadura, se maquinaron las placas soldadas para obtener probetas destinadas a ensayos de tensión, conjuntamente con ensayos de microdureza. Para la soldadura PP – UHMWPE, se realizaron uniones con un previo proceso de calentamiento, mientras que otros especímenes fueron ensayados sin precalentamiento. Para estas mismas uniones se diseñó y fabricó un hombro fijo de aluminio con el fin de mejorar el proceso de soldadura y las propiedades mecánicas resultantes, que fueron corroboradas durante los ensayos de tracción. Una vez concluidas las soldaduras, se maquinaron probetas destinadas a ensayos de tensión, siguiendo la norma internacional ATSM D638-14 para materiales poliméricos. Para dichos ensayos se utilizó una máquina de tensión Zwick Roell modelo Z100, con una velocidad constante de deformación de 5 mm/min. Los resultados de tensión muestran que las juntas ABS-PP presentan una eficiencia de soldadura alrededor del 80% respecto al material base (polipropileno), tomado como referencia para dicha valoración. Para la unión UHMWPE- PP se obtuvo también una eficiencia de soldadura cercana del 80% respecto al mismo material antes mencionado.