Publication: Characterization of metallic meshes used for resistance welding of thermoplastic composites
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Publication date
2009-12
Defense date
2010
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Abstract
En este trabajo se ha estudiado la relación entre la resistencia eléctrica y la
temperatura de dos mallas metálicas utilizadas como agente de calentamiento para el
proceso de soldadura por resistencia de materiales compuestos de matriz termoplástica.
Las mallas ensayadas al aire mostraron una relación lineal entre ambas variables
en sucesivos calentamientos. Por el contrario se encontró que el orden de los
calentamientos aplicados a las mallas colocadas entre las partes a soldar es de gran
relevancia, siendo el comportamiento de las mallas durante el primer calentamiento
completamente diferente al generado en subsiguientes calentamientos. Se observó que el
comportamiento eléctrico-térmico de los agentes de calentamiento está claramente
influenciado por la naturaleza del material de los substratos, especialmente en el caso de
la malla metálica M24, la que muestra una clara evolución no lineal de la resistencia con
la temperatura durante el primer calentamiento.
El distinto comportamiento mostrado por ambas mallas metálicas durante el
primer calentamiento de los insertos metálicos puede ser atribuido a una resistividad no
homogénea a lo largo de los hilos de las mallas debido a una gradual modificación del
mecanismo de transferencia de calor que se traduce en grandes gradientes de temperatura,
provocado por diferentes condiciones de contorno a lo largo del agente de calentamiento.
Este fenómeno se repite, aunque en menor medida, incluso trabajando con mallas
preimpregnadas en resina y mallas aisladas con pintura. En estos casos los gradientes de
temperatura están relacionados con el aire localizado en las interfases malla
preimpregnada-laminado y malla aislada-laminado. Se concluye entonces que incluso
evitando el contacto directo entre el agente de calentamiento y el aire, el cambio en las
condiciones de contorno durante el primer calentamiento provoca un comportamiento
eléctrico-térmico en los elementos resistivos diferente al mostrado en calentamientos
posteriores. El comportamiento no lineal de la resistencia con la temperatura, más
pronunciado en la malla M24 que en la M200, especialmente cuando se trabaja con los
insertos metálicos sin impregnación previa de los mismos, hace difícil monitorizar y
controlar la temperatura desarrollada en la intercara de la soldadura a través de
mediciones de la resistencia eléctrica. Por otro lado, las significativas diferencias
obtenidas en los valores de resistencia para muestras idénticas sugieren problemas de
repetitividad en las mediciones. Las pendientes obtenidas en la regresión lineal calculada
para describir los datos experimentales son del orden de 10-04Ω/°C, lo que significa que
incrementos muy pequeños en la resistencia eléctrica de las mallas metálicas son
traducidos en considerables variaciones de la temperatura. Por consiguiente sería
necesaria una gran precisión en los instrumentos de medida de la resistencia eléctrica
para asegurar un control adecuado del proceso de soldadura mediante medidas indirectas.
Con el objetivo de utilizar las mediciones de resistencia eléctrica como método
indirecto para monitorizar la temperatura de la intercara y controlar así el proceso de
soldadura, las futuras investigaciones deberían focalizarse en hallar soluciones para
reducir la no linealidad en las curvas. A la vista de los resultados arrojados por los
experimentos llevados a cabo en este estudio, se sugiere un estudio en profundidad de las
mallas metálicas preimpregnadas, ya que estas parecen ser menos sensibles a los cambios
físicos del polímero y muestran una evolución más lineal de la resistencia eléctrica con la
temperatura. Sería interesante comprobar además, si una aproximación lineal de la
relación entre ambas variables daría lugar a resultados aceptables en un proceso de
soldadura a temperatura constante llevado a cabo con una realimentación de los valores
de las medidas de resistencia eléctrica del agente de calentamiento.
Description
Keywords
Materiales compuestos de matriz polimérica, Ensayo de materiales, Polímeros, Soldadura, Resistencia de materiales