Fadiga em juntas de termoplásticos soldados por laser

Abstract

No decorrer dos últimos anos tem surgido uma crescente procura por materiais leves e de elevada resistência mecânica com o propósito de substituir os metálicos. Posto isto, a soldadura de termoplásticos é um processo que tem vindo a ser tema de cada vez maior interesse, mas que ainda não está completamente dominado. A resistência destes plásticos a solicitações a longo prazo, isto é, à fadiga, é ainda desconhecida. Estes valores encontram-se tabelados para materiais mais vulgarmente usados nas indústrias, mas não entre os termoplásticos. Os ensaios de fadiga procuram determinar a vida útil dos materiais quando sujeitos a cargas ou deformações cíclicas. Esta dissertação analisa a resistência à fadiga de juntas de termoplástico soldadas a laser, mais concretamente de polietileno de alta densidade. Para a soldadura das juntas recorreu-se a uma máquina laser ND:Yag (SISMA SWA300), tendo sido feita por transmissão numa configuração de junta sobreposta. A qualidade da soldadura foi validada através de ensaios à tração e à flexão, agregados a otimizações dos parâmetros de soldadura laser. O presente trabalho revelou que a curva S-N obtida após os ensaios à fadiga é de formato desejável (com um coeficiente R² acima dos 0.95) e registaram- se tensões de cedência à flexão superiores a 30 MPa.

Over the last few years, there has been a growing demand for lightweight materials with high mechanical strength in order to replace metallic ones. That said, the welding of thermoplastics is a process that has been a subject of increasing interest, but which is not yet fully mastered. Also, the resistance of these plastics to long-term stresses is still unknown. These values are tabulated for materials most commonly used in industries, but not for thermoplastics. Fatigue tests look forward to determining the life span of materials when subjected to cyclic loads or deformations. This thesis analyses the fatigue resistance of laser-welded thermoplastic joints, specifically high-density polyethylene (HDPE). The joints were welded using an ND:Yag laser machine (SISMA SWA300), using transmission in an overlapping joint configuration. The quality of the welding was validated through tensile and flexural tests, together with optimisations of the laser welding parameters. This work revealed that the S-N curve obtained after the fatigue tests is of a desirable shape (with a R² coefficient above 0.95) and flexural yield strengths of more than 30 MPa were recorded.