Laser transmission welding is a method of joining plastics, which benefits from the infrared transparency in majority of thermoplastics. During the process, a laser beam passes through the laser transparent part and hits the laser absorbent part, which has been made absorbent using additives such as carbon black. The absorbed laser energy is then converted into heat and in turn welds the interface of the two parts by melting the polymer. In the current work, a new refraction technique of laser transmission welding is used to weld nylon plates to nylon tubes with carbon black. For the laser to refract, an angle was machined into the laser transparent nylon plates adjacent to the weld interface. Effect of different laser properties such as laser speed, number of laser rotations and laser power were studied on the quality of welding in terms of better finish and strength. The strength of these welds was assessed using a new tensile test fixture. Subsequently, the weld seam width was found from the tensile tested samples by analyzing the weld interface using vernier and transmission light microscopy. These tensile test results were then normalized using the weld seam area to obtain the tensile stress. The results showed the samples could withstand more tensile stress with an increase in laser power and rotation, excluding the samples which had decomposition due to excessive laser power. Also, the material property changes at the weld interface due to laser welding were characterized using a nanoindenter, for which small square samples were carved out of the weld interface and cold mounted. The results show that the modulus and hardness of nylon decreases right at the interface of the weld. In order to find the reason why there is a decline in the above mentioned mechanical properties, differential scanning calorimetry (DSC) testing was done to find possible changes in crystallinity, as decreasing modulus in semi-crystalline polymers is usually a result of decreasing crystallinity. The results confirmed that the crystallinity indeed decreased at the weld interface which would explain the decrease in mechanical properties. / Le soudage par transmission laser est une méthode pour joindre les plastiques qui prend avantage du fait que la majorité des thermoplastiques sont transparent aux infrarouges. Durant le procédé, un faisceau laser passe à travers une région transparente pour aller en frapper une autre rendue absorbante au moyen d'additifs tel que le noir de carbone. L'énergie laser absorbée est ensuite convertie en chaleur. Ce dégagement de chaleur permet de souder l'interface entre les deux parties en fondant le polymère. Dans le présent travail, une nouvelle technique de soudage par transmission laser basée sur la réfraction a été utilisée pour souder des plaques de nylon à des tubes de nylon contenant du noir de carbone. Afin de réfracter le laser, une surface en angle a été usinée à même les plaques de nylon transparentes, près de l'interface de soudage. Les effets de différentes propriétés du laser telles que la vitesse, le nombre de rotations et la puissance ont été évalués en se basant sur la qualité du soudage en termes du fini et de la résistance aux contraintes. La résistance des soudures a été déterminée à l'aide d'un nouvel accessoire de test en traction. Ensuite, la largeur de la soudure a été mesurée sur les échantillons testés en traction à l'aide d'un pied à coulisse et de la microscopie par transmission de lumière. Pour obtenir la contrainte en traction, les résultats des tests en traction ont été normalisés en les divisant par la surface réelle de leur soudure. Les résultats démontrent qu'une augmentation de la puissance et de la rotation du laser, jusqu'au seuil de dégradation, permet aux échantillons de soutenir davantage de contraintes en traction. De plus, les changements dans les propriétés du matériel dus à la soudure ont été caractérisés à l'aide d'un nano-indenteur, pour lequel de petits échantillons carrés ont été extraits de l'interface de soudure et montés à froid. Les résultats démontrent que le module et la dureté du nylon diminuent à l'interface de soudure. Puisque la diminution du module dans les polymères semi-cristallins est habituellement associée à une diminution de cristallinité, la calorimétrie différentielle à balayage a été utilisée afin de déceler les possibles changements dans la cristallinité. Les résultats confirment en effet que la cristallinité diminue à l'interface de soudure, et expliquent donc, par le fait même, la diminution des propriétés mécaniques.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106395 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Ramachandramoorthy, Rajaprakash |
| Contributors | Pascal Hubert (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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