Improvement of the Friction Spot Welding (FSpW) to join Polyamide 6 and Polyamide 66/Carbon Fiber Laminate - Aperfeicoamento da Tecnica de Soldagem Pontual por Friccao (FSpW) para Uniao de Poliamida 6 e Laminado de Poliamida 66 com Fibra de Carbono

Abstract

Friction Spot Welding is an innovative technique developed and patented in 2005 by the research center Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG). Advantages of the process include fast joining cycles, low operational costs and good mechanical performance. It was originally developed to weld lightweight metals and has been continuously improved to weld polymers. There are only few studies on friction spot welding of thermoplastics and the welding of polymeric composites by FSpW is still unpublished. This study demonstrated the technical feasibility of welding a polyamide 6 (PA6) plate over a carbon fiber polyamide 66 laminate (CF-PA66) by FSpW. The thermal history, the surface finish, the microstructure of the weld region and the mechanical shear strength of PA6/CF-PA66 lap joints were investigated. The increase of the diameter of the clamping ring - originally designed for welding lightweight metals - led to the selection of welding parameters that result in high heat input, resulting in an increased welded area, and lower notch left by the tool in the sample that improved the surface finish of the weld. This optimization resulted in a PA6/CF-PA66 joint with lap shear strength of 35 MPa (2196 N), with fracture occurring mainly in the top plate of PA6. A Soldagem Pontual por Fricção (‘Friction Spot Welding – FSpW’) é uma técnica inovadora que foi desenvolvida e patenteada em 2005 pelo centro de pesquisa alemão Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG). A técnica apresenta ciclos rápidos, baixo custo operacional e gera soldas com alto desempenho mecânico. Foi inicialmente projetada para a soldagem de ligas metálicas leves. A soldagem de polímeros é alvo de pesquisas recentes e a soldagem de compósitos poliméricos por FSpW ainda é inédita. Este estudo demonstrou a viabilidade técnica da soldagem de chapa de poliamida 6 (PA6) e laminado de poliamida 66 e fibra de carbono (CF-PA66) por FSpW. O histórico térmico, o acabamento superficial, a microestrutura da região da solda e a resistência mecânica ao cisalhamento de juntas sobrepostas PA6/CF-PA66 foram investigados. O aumento do tamanho do anel de fixação da ferramenta original, projetada para a soldagem de metais, possibilitou a seleção de parâmetros de soldagem que resultaram em grande aporte térmico, resultando no aumento da área soldada, num menor entalhe (inscrição) deixado pela ferramenta na amostra, produzindo melhoria no acabamento superficial da solda. Essa otimização resultou em uma junta PA6/CF-PA66 com resistência ao cisalhamento de 35 MPa (2196 N), com fratura predominante na placa superior de PA6.