Soldadura de compuestos termoplásticos

A diferencia de los compuestos hechos con un termoestable matriz, termoplástico los composites (TPC) no requieren reacciones químicas complejas ni procesos de curado prolongados. Los preimpregnados termoplásticos no requieren refrigeración, lo que ofrece una vida útil prácticamente infinita. Los polímeros utilizados en los TPC aeroespaciales, sulfuro de polifenileno (PPS), polieterimida (PEI), poliéterétercetona (PEEK), poliétercetonacetona (PEKK) y poliarilcetona (PAEK), ofrecen una alta tolerancia al daño en las piezas terminadas, así como resistencia a la humedad y a los productos químicos y, por lo tanto, no se degrada en condiciones de calor / humedad. Y se pueden volver a fundir, lo que promete beneficios en cuanto a reparación y reciclabilidad al final de su vida útil. Pero quizás el mayor impulsor del uso de TPC en el desarrollo de aeronaves es la capacidad de unir componentes mediante unión / soldadura por fusión. Presenta una alternativa atractiva a los métodos convencionales (fijación mecánica y unión adhesiva) que se utilizan para unir piezas de compuestos termoendurecibles (TSC).

Como se define en el documento ampliamente citado, "Fusion Bonding / Welding of Thermoplastic Composites", de Ali Yousefpour, National Research Council Canada (Ottawa, ON, Canadá), "El proceso de fusión-unión implica calentar y fundir el polímero en la unión superficies de los componentes y luego presionar estas superficies juntas para la solidificación y consolidación del polímero ". El resultado es muy diferente al de la unión termoendurecible.

“Está creando una estructura unificada, como una nervadura soldada a una piel”, explica Arnt Offringa, director de Aerostructures R&T de GKN Fokker (Hoogeveen, Países Bajos). “Cuando se mira al microscopio, se ve solo un polímero homogéneo, por lo que esto es diferente a la unión. No hay línea divisoria, ni hendidura, ni material de unión identificable como adhesivo. Solo hay un material, por lo que usa el mismo polímero en ambos lados de la soldadura. Por lo tanto, las autoridades aceptarán tal unión sin sujetadores mecánicos ". (Offringa usa la palabra "unir" aquí porque el resultado del proceso de soldadura no es una unión, sino una pieza sólida).

De hecho, estas estructuras de TPC soldadas han estado volando durante décadas. Y aunque la soldadura por resistencia y la soldadura por inducción son los dos métodos más establecidos, otros, como la soldadura ultrasónica, la soldadura por láser y la soldadura por conducción, están siendo avanzados para su uso con compuestos. El desarrollo de estos métodos continúa a medida que los defensores de la soldadura buscan la confiabilidad necesaria en el software de simulación de procesos predictivos, un mayor control en línea de las variables del proceso de soldadura y la extensión de los procesos de soldadura a la producción de estructuras primarias de aeronaves.

Soldadura por resistencia

Junto con KVE Composites Group (La Haya, Países Bajos), GKN Fokker es un líder reconocido en el desarrollo de soldadura TPC (consulte CW Gira de Fokker Aerostructures). “Comenzamos con la soldadura por resistencia a principios de la década de 1990”, dice Offringa. "La elegancia de este método es que el calor se produce exactamente en la interfaz de soldadura". La corriente eléctrica, que pasa a través de un elemento resistivo en la interfaz de soldadura, crea calor y funde el polímero termoplástico (Fig. 1). Sin embargo, este elemento resistivo, un metal o fibra de carbono (CF), permanece en la pieza terminada. “Desarrollamos un método utilizando una malla metálica recubierta de PPS como elemento resistivo, y luego certificamos y volamos puertas del tren de aterrizaje principal CF / PPS soldadas por resistencia en el Fokker 50 aviones turbohélice en 1998 ”, dice Offringa. "Esto condujo a conversaciones con Airbus UK (Broughton, Chester, Reino Unido) y al desarrollo de bordes de ataque fijos de fibra de vidrio / PPS para el A340 / A350 y luego el A380 de fuselaje ancho". GKN Fokker ha continuado su investigación de soldadura por resistencia, centrada principalmente en plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP).

La tecnología ha avanzado. Premium AEROTEC (Augsburg, Alemania) presentó un demostrador de mamparo de presión trasera A320 de Airbus (Toulouse Francia) en el ILA Berlin Air Show 2018. El mamparo comprende ocho segmentos de tejido CF / PPS formados a presión ensamblados mediante soldadura por resistencia. “Hemos estado utilizando soldadura por resistencia durante algún tiempo”, dice el Dr. Michael Kupke, director del Centro de Tecnología de Producción Ligera (ZLP) del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Augsburgo. "Para el demostrador Premium AEROTEC, ampliamos la longitud de la línea de soldadura a 1,5 m".

ZLP eligió un elemento resistivo hecho de fibra de carbono frente a una malla de acero inoxidable heredada. "Para la soldadura por inducción, es difícil conseguir la temperatura y la energía donde se desea y no en otra parte de la pieza", afirma Kupke. "Para la soldadura por resistencia, esto está resuelto de forma inherente, pero la desventaja, hasta ahora, ha sido que la resistencia permanece en la pieza". El uso de una resistencia de fibra de carbono alivia esta desventaja.

Sin embargo, el método básico sigue siendo el mismo. “Se aplica un voltaje y se ejerce presión sobre ambas partes para lograr una buena consolidación”, agrega. "Para piezas más pequeñas, el efector final robótico aplica la presión, pero para piezas más grandes necesitaría una plantilla para proporcionar presión de sujeción". La plantilla para el mamparo de presión trasero del A320 es un “puente de soldadura” metálico curvo construido por Premium AEROTEC (Fig. 2). Gira para colocarse sobre cada una de las ocho líneas de soldadura y aplica la presión necesaria a través de 10 cilindros neumáticos en el interior.

Además de PPS, el equipo DLR ZLP de Kupke ha validado que este proceso también funciona para tejido de fibra de carbono / PEEK. "Si puede utilizar PEEK, puede adaptarse a PEKK, PAEK y PEI", añade. “También deberíamos poder soldar cinta unidireccional (UD)”, también señala (los desafíos asociados con la soldadura de cintas UD se explican a continuación). Kupke dice que no hay límite para el espesor de la pieza que se suelda, "podría ser de 3 mm o 30 mm, pero se debe tener cuidado con la gestión térmica en la línea de soldadura".

Él dice que el siguiente paso será desarrollar una gama de elementos resistivos CF optimizados. "Por ahora, solo usamos materiales listos para usar". Kupke señala que esto fue solo una demostración, no un proceso industrial. “Para industrializarnos, lo haríamos de manera un poco diferente. El proceso de soldadura para cada unión en el mamparo del A320 tomó 4 minutos, sin embargo, solo se aplicaron 90 segundos de corriente de soldadura. El tiempo restante fue para calentar y enfriar el termoplástico PPS en la línea de soldadura. Con la industrialización, creemos que el tiempo total sería más rápido y la soldadura aún tomaría solo 60-90 segundos por unión de 1,5 m ”.

Soldadura por inducción

KVE comenzó a trabajar con soldadura por inducción a principios de la década de 2000. La técnica básica consiste en mover una bobina de inducción a lo largo de la línea de soldadura. La bobina induce corrientes parásitas en el laminado CFRP inherentemente conductor, que generan calor y funden el termoplástico. “Comenzamos con cupones de cizalla de una sola vuelta, siguiendo el enfoque de bloques de construcción, y progresamos a juntas en L, juntas en T, luego estructuras básicas y finalmente elevadores y timones”, recuerda el director gerente de KVE, Harm van Engelen.

La empresa desarrolló simulaciones por ordenador en paralelo. “La simulación le ayuda a predecir cuál será la temperatura en la superficie exterior y en la línea de soldadura”, explica. “Es necesario concentrar el calor en la línea de soldadura, pero no recalentar las secciones contiguas. La superficie superior se calienta más rápido que la interfaz, por lo que debe deshacerse de ese calor ". KVE no solo patentó la tecnología de gestión del calor y los materiales de herramientas resultantes, sino también su enfoque basado en herramientas para mantener la presión durante la soldadura, y su control robótico de la bobina de inducción y el cabezal de soldadura, que desarrolló en 2005.

"Esto proporcionó una alternativa a la soldadura por resistencia para CFRP que no requería un susceptor o tira de soldadura", dice Offringa de GKN Fokker. “Obtuvimos la licencia de la tecnología KVE y la implementamos en el Gulfstream G650 elevadores y timón, que han estado volando desde 2008 ". KVE fue un socio clave en el desarrollo e industrialización del proceso de soldadura por inducción robótica. Se utiliza una técnica refinada de segunda generación para los ascensores y el timón del Dassault Falcon 5X . Van Engelen señala que soldar para el G650 se automatizó pero se completó en varios pasos. “Para Dassault, se hace de una sola vez”, agrega. "Todas las piezas se colocan en las herramientas y luego se sueldan dos elevadores y un timón en un turno durante la noche".

Para 2008, KVE había comenzado las pruebas de cizallamiento de una sola vuelta (SLS) de la cinta UD CF / PEKK y estaba produciendo demostradores para el programa Estructura de aeronave primaria asequible termoplástica (TAPAS). Para 2010, había completado simulaciones 3D de laminados UD CF soldados por inducción con protección contra rayos (LSP) y había trabajado con laminados gruesos (≤5 mm para UD PEEK y PEKK, ≤15 mm para tejido de fibra de carbono / PPS). KVE también había diseñado y construido un timón TPC para el Phantom Eye de The Boeing Co. (Chicago, IL, EE. UU.) UAV, que Boeing comenzó a producir en 2011. Para 2014, la compañía había producido demostradores UD CF / PEKK soldados por inducción y ahora está trabajando con varios OEM y proveedores de nivel 1 para ayudar a calificar esta tecnología para otras estructuras de aeronaves.

Pasar de la tela a la cinta UD

La soldadura por inducción es muy adecuada para tejidos de fibra de carbono, dice Offringa, "pero con la cinta UD, hay un nuevo conjunto de desafíos para alcanzar velocidades de producción".

Como explicó el Dr. Michel van Tooren, director del SmartState Center for Multifunctional Materials and Structures, parte del McNair Center de la Universidad de Carolina del Sur (Columbia, SC, EE. UU.), “Para la inducción en laminados CFRP, se necesitan fibras en dos ángulos diferentes, preferiblemente ángulos lo más alejados posible, para que se generen corrientes parásitas ". La orientación de la fibra perpendicular a 0 ° y 90 ° en la tela tejida es ideal, ya que permite generar corrientes de Foucault en cada capa del laminado. Sin embargo, con las pilas de laminado UD, es común tener capas de 45 ° intercaladas para que la diferencia de ángulo sea menor. “El mecanismo de calentamiento por corrientes parásitas se ve afectado porque estas direcciones no son perpendiculares , añade Maarten Labordus, director de I + D de KVE. “Tampoco hay un cruce de fibra distintivo entre las capas, solo están en capas. Por lo tanto, necesita más potencia para inducir corriente en comparación con los laminados de tela ”.

Sin embargo, agregar más potencia no facilita la gestión del proceso de soldadura. Equilibrar la energía eléctrica y la temperatura en la línea de soldadura no es sencillo porque el proceso de soldadura por inducción no solo cambia con la secuencia de apilado, sino también con el espesor del laminado y la geometría de la pieza. "Así que analizamos los parámetros del proceso y cómo se genera el calor en los materiales", dice Sebastiaan Wijskamp, ​​director técnico de TPRC. “Queremos tener pautas y herramientas de diseño para predecir el desempeño de la soldadura con anticipación. Si desea cambiar de fabric a UD, ¿cómo puede hacerlo rápidamente sin tener que pasar por un proceso de prueba y error? Idealmente, las simulaciones basadas en las propiedades de conductividad eléctrica y térmica de fibras y polímeros, incluso para una determinada disposición, y también teniendo en cuenta la geometría de la pieza, le permitirían diseñar su proceso de soldadura por pieza. Estamos realizando una investigación colaborativa con KVE y Michel van Tooren en el McNair Center para desarrollar la comprensión fundamental de estas pautas y herramientas ”.

“Estamos cuantificando todos estos factores - UD vs. tela, secuencia de apilado, áreas de más resina y menos resina - y estableciendo su relación, luego agregamos esto nuevamente al modelo de soldadura general”, explica Labordus (Fig. 3) . Las áreas con alto contenido de resina actúan como aislante, retardando el calor, mientras que las áreas donde el contenido de resina es menor (y el contenido de fibra es mayor) facilitan el calentamiento. "Al principio, teníamos un 40% de descuento en nuestras predicciones de soldadura con UD, pero ahora estamos dentro del 10% y nos estamos acercando a nuestros niveles de alta precisión para la tela CF / PPS", agrega Labordus.

Van Tooren también está cerca de poder predecir Rendimiento de soldadura por inducción para laminados UD. "Para fines de 2018, tendremos una herramienta de simulación que funciona para geometrías relativamente simples, lo que ayuda a identificar la forma de bobina, la potencia, la velocidad del robot y el perfil de calentamiento necesarios para una aplicación determinada". Esta capacidad de predicción se está desarrollando en paralelo con las pruebas físicas para respaldar el uso de componentes de TPC soldados en estructuras primarias más grandes para futuras aeronaves. El laboratorio de Van Tooren es un socio de investigación de KVE y uno de los cuatro sitios, junto con las instalaciones de KVE en La Haya, el Centro Aeroespacial de los Países Bajos (NLR, Ámsterdam) y el Centro de Investigación de compuestos ThermoPlastic (TPRC, Enschede, Países Bajos), que ha instalado un configuración de soldadura por inducción estandarizada desarrollada por KVE (Fig. 4) para respaldar la calificación del proceso en los fabricantes de equipos originales y proveedores de nivel 1 (consulte “Nuevos horizontes en la soldadura de compuestos termoplásticos”).

Bobinas de inducción a medida

Composite Integrity (Porcelette, Francia) ha utilizado un enfoque alternativo de soldadura por inducción para desarrollar el proceso de "soldadura por inducción dinámica" utilizado para unir largueros de cinta CF / PEKK UD y revestimientos de fuselaje en STELIA Aerospace (Toulouse, Francia) Demostración de la estructura Arches TP proyecto, presentado en el Salón Aeronáutico de París 2017 (Fig.5). Composite Integrity es la división de composites del Institut de Soudure (IS Groupe, Villepinte, Francia). “Aprovechamos más de 100 años de experiencia de IS Groupe en la soldadura de metales para diseñar y construir nuestras propias bobinas de inducción optimizadas para cada material, grosor y forma de pieza, incluidas bobinas específicas para tela tejida, tela no ondulada y UD”, explica el negocio de Integridad de compuestos. director de desarrollo Jérôme Raynal. “El principal problema con UD es que no hay nodos de soldadura para generar corriente de inducción, por lo que necesitamos una bobina específica, en este caso, una bobina múltiple”.

Fundada como Pôle de Plasturgie de l’Est (PPE) hace 25 años, Composite Integrity es líder en moldeo por transferencia de resina (RTM) y estructuras de aeronaves infundidas con resina epoxi con empresas aeroespaciales francesas. Incorporado al IS Groupe en 2016, ha trabajado con Aviacomp (Launaguet, Francia) para desarrollar la tecnología de soldadura de co-consolidación utilizada en las puertas de acceso de combustible TPC para el avión Airbus A350. "Los componentes resistivos en la superficie de las piezas compuestas interior y exterior moldeadas ponen calor en la línea de soldadura", dice Raynal.

Composite Integrity comenzó a trabajar en el proyecto STELIA Arches TP en 2015, lo que permitió la soldadura por inducción de piezas curvas del tamaño de un fuselaje. El proceso se describe como "dinámico" porque el robot suelda los largueros a lo largo del fuselaje y acomoda formas 3D, incluido el movimiento en la dirección z durante la soldadura. “Tanto los larguerillos como la piel del demostrador STELIA tienen un cambio de grosor”, explica Raynal. Un riel de aluminio sirve como plantilla de fijación para evitar el movimiento del larguero sobre la piel mientras se suelda. Para el demostrador, la presión se aplicó a través de dos rodillos en el cabezal de soldadura. Estos se sientan por encima de la bobina. Durante la soldadura, los rodillos corren a lo largo del larguero, junto al riel de fijación mientras la bobina se desplaza sobre la línea de soldadura.

“Ahora hemos desarrollado un nuevo cabezal de soldadura con patente pendiente, que utiliza un solo rodillo y aumenta las propiedades mecánicas de la línea de soldadura”, señala Raynal. "También tenemos un dispositivo de enfriamiento que sopla aire en la superficie de soldadura a presión para asegurarnos de que estamos por debajo de la temperatura de cristalización, por lo que no hay riesgo de descompactación una vez que se libera la presión".

La provisión para enfriamiento también afecta la cristalinidad de la matriz termoplástica en la línea de soldadura. “Probamos para medir que la cristalinidad cumple con los estándares aeroespaciales y luego establecemos los parámetros correspondientes para el proceso de soldadura”, explica Raynal. La velocidad también es un factor. “Para el demostrador, la velocidad era de 2 m / min, pero nuestro objetivo ahora es de 5 m / min”, dice. "Gestionar el enfriamiento y la cristalinidad de PEEK y PEKK es más complicado, lo que afecta la velocidad global de soldadura, pero tenemos buenos resultados con ambos, utilizando láminas orgánicas convencionales calificadas por Airbus". El espesor máximo de las piezas soldadas hasta ahora es de 5 mm. “Hemos demostrado esto, que es aproximadamente el grosor que tendría en los componentes estructurales”, observa Raynal. “Para STELIA, usamos la fibra de carbono como conductor sin metal en la interfaz, pero ahora estamos desarrollando tecnología para soldar cualquier fibra, fibra de vidrio, por ejemplo, sin malla metálica. No agregamos material en la interfaz, pero podemos soldar UD a tejido y UD a UD, sin problema ”, afirma.

Soldadura ultrasónica

La tercera técnica más común, la soldadura ultrasónica es otra tecnología con la que GKN Fokker ha acumulado una experiencia significativa. El proceso utiliza un sonotrodo para generar vibraciones de alta frecuencia (20-40 kHz) que causan calor por fricción y fusión en las superficies de soldadura.

“Esto es bueno para las soldaduras por puntos”, dice Offringa, señalando que para las aeronaves Gulfstream, “hemos utilizado soldadura ultrasónica para unir más de 50,000 piezas de TPC moldeadas por inyección a paneles de piso. Es muy rápido y altamente automatizado, pero es una soldadura por puntos, en un solo lugar ". Aún así, ve potencial para este método en la producción de un fuselaje integrado, como el propuesto en el Demostrador de Fuselaje Multifuncional del programa Clean Sky 2 (ver "Nuevos horizontes en la soldadura de compuestos termoplásticos"). “Los soportes del fuselaje a menudo están adheridos, remachados o atornillados a las actuales estructuras de fuselaje de compuestos termoendurecibles”, observa Offringa. "Con la soldadura ultrasónica, puede lograr una muy buena conexión con los soportes, que a menudo son termoplásticos no reforzados".

La soldadura ultrasónica se ha utilizado con plásticos durante varias décadas, generalmente con directores de energía en la interfaz de soldadura. Estas crestas triangulares o rectangulares de resina pura, moldeadas en las superficies a soldar, aumentan la generación de calor local. Sin embargo, Irene Fernandez Villegas de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft, Delft, Países Bajos) ha demostrado que en su lugar se pueden utilizar películas termoplásticas no reforzadas de 0,08 mm de espesor. "Ella está trabajando para desarrollar la soldadura ultrasónica continua", dice Offringa, y este trabajo continúa en Clean Sky 2.

En su artículo de 2016, titulado "Soldadura ultrasónica inteligente de compuestos termoplásticos", Villegas afirma que es posible ampliar el proceso de soldadura ultrasónica mediante soldadura secuencial, es decir, dejar que una línea continua de soldaduras por puntos adyacentes sirva el mismo propósito que una soldadura continua. cordón de soldadura. Se usó soldadura por puntos secuencial a escala de laboratorio en el panel de estructura de avión TPC del demostrador Clean Sky EcoDesign, utilizando directores de energía planos para soldar una bisagra CF / PEEK y clips CF / PEKK a marcos C CF / PEEK (Fig.6). Las comparaciones experimentales con uniones fijadas mecánicamente en pruebas de corte de doble traslape y tracción fueron prometedoras. Tian Zhao, miembro del equipo TU Delft de Villegas, explora más el proceso en los documentos de 2018.

Kupke informa que DLR ZLP también está trabajando en soldadura ultrasónica continua basada en robots. “La soldadura por puntos es el estado actual de la técnica, pero el nuestro es verdaderamente continuo”, dice. “Estamos optimizando el proceso en un banco de pruebas de aproximadamente 1 m de largo, realizando estudios paramétricos utilizando diferentes materiales y configuraciones. Aunque la máquina de soldar y el control digital están diseñados para un robot manipulador, todavía estamos explorando cómo refinar el cabezal y qué velocidad y energía funcionan mejor para cada material y espesor de laminado. Nuestro objetivo es mostrar que se pueden realizar soldaduras muy largas, como las juntas de un fuselaje ”.

Soldadura láser

Aunque la soldadura por transmisión láser se discutió en la revisión de 2004 de Yousefpour sobre las tecnologías de soldadura TPC, desde entonces ha sido avanzada significativamente por Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH, Hannover, Alemania). En este proceso, la luz láser pasa primero a través de una parte que es transparente o parcialmente transparente en el rango espectral del infrarrojo cercano (por ejemplo, un termoplástico no reforzado o fibra de vidrio TPC). Luego, la luz es absorbida por fibra de carbono o aditivos conductores en una segunda parte adyacente, transformando la energía del láser en calor, lo que crea la soldadura entre los dos materiales.

Offringa en GKN Fokker señala que muchos soportes de aviones moldeados por inyección son transparentes al láser. Él ve un gran potencial en el uso de la soldadura por láser para lograr el montaje de estos soportes en las estructuras del fuselaje de CFRP sin agujeros, polvo ni sujetadores. Aunque tanto el tipo de refuerzo como el espesor del laminado afectan la soldadura, LZH ha demostrado buenos resultados con laminados de PPS y polieterimida (PEI) reforzados con fibra de vidrio y fibra de carbono en el proyecto de soldadura por transmisión láser de estructuras compuestas termoplásticas (LaWoCS, 2010-2013), que también incluyó KVE, TenCate Advanced Composites (Nijverdal, Países Bajos), Unitech Aerospace (Yeovil, Reino Unido) y Element Materials Technology (Hitchin, Reino Unido). LZH ha patentado esta tecnología y fue finalista del Premio Mundial a la Innovación JEC 2018 en la categoría de aplicaciones aeroespaciales por “Paneles de refuerzo termoplásticos modulares”, donde una rejilla de refuerzo CFRTP estampada se suelda con láser a una piel compuesta. Los socios del proyecto incluyeron las empresas alemanas Fraunhofer ICT (Pfinztal), Airbus Operations (Hamburgo), ElringKlinger (Dettingen an der Erms) y KMS Automation (Schramberg), así como TenCate.

Soldadura por conducción

Después de industrializar la soldadura por inducción, GKN Fokker desarrolló la soldadura por conducción (Fig. 7). "Esta es una nueva tecnología", dice Offringa. “Se utiliza una especie de plancha caliente para conducir el calor a través de al menos una de las partes a unir. Al igual que la soldadura por resistencia, el tiempo de proceso es independiente de la longitud de la soldadura, por lo que si la unión es de medio metro o 10 m, el tiempo de proceso es el mismo para ambos ". Esto se debe a que ambas técnicas utilizan electricidad para suministrar calor a lo largo de la longitud en segundos. El panel de fuselaje ortogrid de TPC que se exhibió en JEC 2014 contó con soldadura por conducción. “Los marcos se soldaron en un segundo paso utilizando un robot con un efector terminal de soldadura”, dice Offringa. “El panel del fuselaje era curvo y los marcos eran bastante cortos. Sin embargo, este método podría funcionar bien para soldar largueros de 6-10 m de largo a revestimientos del fuselaje ”.

Control de procesos en línea y más

Un paso clave en la maduración de la soldadura TPC para estructuras de fuselaje es la capacidad de monitorear y administrar el proceso in situ. “En este momento, nuestro proceso de soldadura por inducción está preconfigurado”, dice van Engelen en KVE. “Usamos termopares en la línea de soldadura para calibrar el proceso. Pero preferimos medir la temperatura en la soldadura y retroalimentarla para administrar la energía a la bobina ".

"Nuestros procesos de soldadura se controlan digitalmente y todos los datos del proceso se almacenan", dice Offringa en GKN Fokker, "pero nos estamos moviendo hacia el control de procesos en línea, basado en la medición de temperatura en tiempo real". Él cree que esto es posible para la soldadura por inducción y resistencia en unos pocos años, mientras que la soldadura ultrasónica ya está bastante cerca. Villegas en TU Delft afirma que el monitoreo del proceso in situ de la soldadura ultrasónica secuencial es posible en función de las curvas de potencia y desplazamiento proporcionadas por la máquina de soldar, que permiten definir rápidamente los parámetros de procesamiento óptimos.

Además del control de procesos, KVE también está trabajando en la inspección en línea. “Si la soldadura muestra un problema, simplemente volvemos y la volvemos a soldar”, dice van Engelen.

“Es por eso que los compuestos termoplásticos son tan buenos”, señala Raynal en Composite Integrity. “Volver a soldar no les hace daño. Contamos con tecnología específica para soldar y desoldar con soldadura por resistencia para desmontar por inyección de corriente ”. Su empresa también está desarrollando la inspección en línea. “Tendremos una celda termográfica justo después del cabezal de soldadura por inducción y verificaremos la soldadura usando termografía en vivo”, dice Raynal. Van Tooren también se dedica a la supervisión e inspección de procesos in situ, pero utilizando sensores de fibra óptica, incluido el sistema ODiSI de Luna (Roanoke, VA, EE. UU.), Que proporciona más de 1000 puntos de sensor por metro.

TPRC y van Tooren tienen proyectos en curso para desarrollar el control de procesos en línea para la soldadura por inducción de estructuras curvas grandes y espesores variables, incluidas las acumulaciones y caídas de las capas en los largueros. Van Tooren también está desarrollando soldadura por inducción bajo una bolsa de vacío. “Se convierte en una herramienta blanda para la compresión de las dos superficies que se están soldando”, dice, y actualmente está destinado a posibles aplicaciones de reparación (consulte “Nuevos horizontes en la soldadura de compuestos termoplásticos”). Van Engelen’s list of KVE future developments also includes TPC repair, induction welding of glass fiber TPCs, nonaerospace applications and flux concentrators. “We are developing reflective materials to concentrate the electromagnetic field at the weldline,” he explains. “You want to put the energy here instead of at the part’s outer surface. With these flux concentrators, you direct the energy, similar to how you direct fiber where you want, using automated placement.”

“We are still developing all of the welding technologies,” Offringa sums up, “and exploring new ones. Most importantly, we don’t think there is a single technology with the most promise, but that each has its place.”

Wijskamp notes that with the recent Clean Sky 2 calls for proposals, it has become clear that Airbus wants to use welded TPCs in large airframe structures. “But we have seen this already in our 19 partners that have joined since 2009,” he adds.

Van Tooren believes that a welded, fastenerless, large component, if not a full fuselage, is within reach. “Preferably, on the Boeing New Midsize Airplane, but definitely the next aircraft.”