Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia Autor: Cristian Montané Palomo Tutor: José Cañas Delgado Dep. de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 ii iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia Autor: Cristian Montané Palomo Tutor: José Cañas Delgado Catedrático de Universidad Dep. de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 iv v Trabajo Fin de Grado: Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia Autor: Cristian Montané Palomo Tutor: José Cañas Delgado El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2015 El Secretario del Tribunal vi vii A mi familia A mis amigos viii ix Agradecimientos En primer lugar agradecer a mis padres, José y Carmen, por hacer posible, con mucho esfuerzo, que tome el camino que llevo. Por supuesto a toda mi familia, por apoyarme en todo momento y hacer posible el sueño de convertirme en un gran ingeniero. Sin duda, agradecer de corazón a todos mis amigos que me han acompañado en este camino, desde el colegio hasta ahora. En especial a todos aquellos que me han enseñado que “la vida son más cosas” y, que han sufrido junto a mí en tantos y tantos días de biblioteca, exámenes, aprobados, suspensos… sin vosotros no habría sido lo mismo. También, agradecer a mi tutor, José Cañas, todas las enseñanzas y el tiempo que ha dedicado en mí, no solo en este año sino en todo este camino Y, por último pero no menos importante, a Antonio Cañas y a todo el equipo del Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales, en especial a María José, María del Mar y José Ramón por enseñarme y facilitarme el uso de todos los equipos del departamento y, prestar su ayuda siempre que ha sido necesaria. xvi xvii Índice de Tablas Tabla 1 Resultados de la caracterización 23 Tabla 2 Propiedades del material 25 Tabla 3 Medida experimental de las deformaciones residuales 32 Tabla 4 Resultados tensiones y deformaciones residuales en el solape 32 Tabla 5 Resultados tensiones y deformaciones residuales en cada lámina 32 Tabla 6 Resultados ensayos estáticos 37 Tabla 7 Resultados ensayos de fatiga 43 Tabla 8 Comparación del módulo elástico mediante distintos métodos de cálculo 55 xviii xix Índice de Figuras Figura 1 Clasificación de las técnicas de soldadura 2 Figura 2 Esquema de soldadura por láser 3 Figura 3 Esquema de soldadura por ultrasonido 4 Figura 4 Esquema de soldadura por inducción 4 Figura 5 Esquema de soldadura por microondas 5 Figura 6 Esquema de soldadura por resistencia 5 Figura 7 Distribucion de tensiones residuales en el espesor 8 Figura 8 Secciones distintas en una soldadura 10 Figura 9 Distribución de tensiones residuales longitudinales y transversales 11 Figura 10 Desviación de las fibras 12 Figura 11 Microfracturas 12 Figura 12 Curvatura de las láminas 12 Figura 13 Plan de trabajo 15 Figura 14 Panel de fibra de vidrio sin procesar 17 Figura 15 Panel de fibra de vidrio soldado 17 Figura 16 Máquina de corte 17 Figura 17 Probeta de caracterización 18 Figura 18 Probetas tras el mecanizado 19 Figura 19 Tipos de probetas para ensayos estáticos 19 Figura 20 Fabricación de las probetas tipos B y C 19 Figura 21 Horno utilizado en el curado 20 Figura 22 Gráfica tensión-deformación en la dirección de 0º 21 Figura 23 Gráfica tensión-deformación en la dirección de 90º 21 Figura 24 Probeta de caracterización ensayada 22 Figura 25 Detalle de la rotura de la probeta en la zona de la mordaza 22 Figura 26 Dispersión de los datos obtenidos (módulo elástico) 24 Figura 27 Dispersión de los datos obtenidos (coeficiente de Poisson) 24 Figura 28 Tensión-Deformación en ambas direcciones 25 Figura 29 Procedimiento I para la medida de tensiones residuales 27 Figura 30 Procedimiento II para la medida de tensiones residuales 28 Figura 31 Anverso del panel para la medida de tensiones residuales 28 Figura 32 Reverso del panel para la medida de tensiones residuales 29 Figura 33 Conexión de los equipos e instrumentacion del panel 29 Figura 34 Mecanizado para la medida de tensiones residuales (1) 30 xx Figura 35 Mecanizado para la medida de tensiones residuales (2) 30 Figura 36 Esquema del anverso de la placa 31 Figura 37 Esquema del reverso de la placa 31 Figura 38 Tipos de probetas para ensayos estáticos 35 Figura 39 Comparación de las curvas tensión-deformación de cada tipo 35 Figura 40 Máquina Instron 4482 para ensayos de tracción 36 Figura 41 Modo de fallo tras el ensayo estático 37 Figura 42 Probetas tipo A 38 Figura 43 Probetas tipo B 38 Figura 44 Probetas tipo C 38 Figura 45 Gráfico de la tensión máxima en los ensayos estáticos 39 Figura 46 Máquina Instron 8801 para ensayos de fatiga (1) 40 Figura 47 Máquina Instron 8801 para ensayos de fatiga (2) 40 Figura 48 Gráfica de muestra del análisis estadístico de la fatiga 41 Figura 49 Hoja de cálculo para análisis estadístico 43 Figura 50 Ajuste estadístico de los resultados de fatiga 44 Figura 51 Curva S-N de fatiga 45 Figura 52 Fractura adhesiva en uniones 45 Figura 53 Fractura cohesiva en uniones 45 Figura 54 Superficie de rotura en los ensayos de fatiga (1) 46 Figura 55 Superficie de rotura en los ensayos de fatiga (2) 46 Figura 56 Probetas rotas por fatiga 47 Figura 57 Ajuste lineal del ensayo 1 (longitudinal 1) 53 Figura 58 Ajuste lineal del ensayo 2 (longitudinal 2) 53 Figura 59 Ajuste lineal del ensayo 3 (longitudinal 3) 54 Figura 60 Ajuste lineal del ensayo 4 (transversal 1) 54 Figura 61 Ajuste lineal del ensayo 5 (transversal 2) 55 Figura 62 Ensayo 50% 57 Figura 63 Ensayo 55% 57 Figura 64 Ensayo 60% 58 Figura 65 Ensayo 65% 58 Figura 66 Ensayo 70% 59 Figura 67 Ensayo 75% 59 Figura 68 Ensayo 80% 60 Figura 69 Ensayo 90% 60 xxi 1 1 INTRODUCCIÓN La evolución de la humanidad se ha visto condicionada, en aspectos tanto sociales como culturales y técnicos, desde siempre por el descubrimiento de nuevos materiales. Las edades de piedra, de cobre, del bronce, del hierro son buena prueba de ello. Estos materiales marcaron etapas en la historia que permitieron al hombre, a través del conocimiento y manejo de estos nuevos materiales, desarrollar nuevos avances. El concepto de material compuesto, al contrario de lo que se pueda pensar, viene desde tiempos muy lejanos. Sin ir más lejos en la naturaleza misma encontramos varios ejemplos de dichos materiales compuestos como puede ser la madera que se trata de fibras de celulosa unidas mediante una matriz de lignina o las chozas de adobe y paja también constituyen otro ejemplo de material compuesto. En la actualidad nos interesa más el conocimiento de los materiales compuestos con matriz polimérica y, el reto de estos materiales radica en conseguir unas propiedades que no serían capaces de alcanzar los materiales que constituyen las fibras o la matriz por separado. Como hemos comprobado, el ser humano desde tiempos remotos tiende a desarrollar técnicas que faciliten el avance y la comodidad de la sociedad en la que vive. Así, uno de los aspectos en los que dispuso su conocimiento fue en la soldadura. La soldadura se practica desde que el hombre empezó a trabajar con los metales, sin embargo, por aquellos entonces se realizaba el proceso a fuerza de golpes, y los que realizaban la soldadura eran respetados artesanos. En 1800 se inventó la soldadura eléctrica, en plena revolución industrial y su uso se fue propagando. En los inicios el proceso de soldadura era considerado un trabajo crudo y primitivo que no tenía más fin que el de derretir un metal entre dos materiales para unirlos. Con el paso de los años se han ido desarrollando nuevas técnicas de soldadura que aúnan muchos conocimientos de toda la ingeniería en general, desde procesos mecánicos de fricción hasta procesos electromagnéticos pasando por todo tipo de operaciones electrónicas, eléctricas y de casi cualquier rama de la ingeniería. Sin embargo, la soldadura como otros procesos industriales, genera un cambio en el material y esto hace que dicho material se comporte de formas diferentes. En concreto nos referimos a la aparición de tensiones residuales debido a la soldadura. Nairn y Zoller [1] fueron los primeros autores en escribir sobre este tema y publicaron un artículo basado en un estudio experimental de las tensiones residuales de origen térmico que aparecían en los materiales compuestos termoplásticos. En 1988 Favre aumentó la literatura dedicada a este tema estudiando las tensiones residuales que aparecían en los polímeros reforzados con fibras y, descubrió varios aspectos muy significativos sobre este tema como son el origen, la magnitud, la temperatura… Tras esto el objetivo marcado era terminar de conocer todos los aspectos que aun no conocemos y sobre todo conseguir reducir dichas tensiones. El presente documento refleja un proyecto experimental en su totalidad que se compone de 7 apartados. En el primero de ellos abordamos el tema desde un punto introductorio desarrollando con un poco más de tecnicismo los temas introducidos hasta ahora, es decir, los materiales compuestos, la soldadura y las tensiones residuales. En el apartado 2 mostramos el plan de trabajo que vamos a seguir en la realización de todo el proyecto. Es en el punto 3 en el que comenzamos con el trabajo experimental y detallamos todos los pasos seguidos hasta alcanzar las probetas en estudio aptas para ensayarlas. Llegados al punto 4 describimos los ensayos realizados para caracterizar el material del que disponemos y comentamos los resultados. El apartado 5 es el bloque central del proyecto y trata de medir las tensiones residuales mediante uno de los procedimientos que explicaremos más adelante. Y en el apartado 6 realizamos todo el análisis tanto estático como dinámico de las probetas que habíamos preparado para ello. Finalmente se concluye con una serie de conclusiones y desarrollos futuros. 1.1 Materiales compuestos En la industria aeroespacial y automovilística [2] es de vital importancia que los materiales que se utilicen tengan la mayor relación resistencia/peso, para ello durante muchos años se han utilizado materiales como el aluminio, cuya ligereza hace que sea un material de gran utilidad. Sin embargo, con el desarrollo de la ciencia se han comenzado a utilizar mucho más los conocidos como materiales compuestos. Introducción 2 Los materiales compuestos se componen de dos fases:  Matriz: Se trata de una fase continua y es la de mayor proporción en el material. Es la encargada de dar forma al producto y de transferir la carga a las otras fases, además protege al resto de fases del medio ambiente.  Refuerzo: Es una fase discreta en forma de partículas o fibras y, es la encargada de mejorar las propiedades de la matriz. Estos materiales compuestos pueden ser de dos tipos atendiendo al refuerzo que se le proporcione:  Reforzados con partículas: Este tipo de refuerzo tiene la gran ventaja de aportar las mismas propiedades en todas las direcciones al material. Algunos elementos que suelen utilizarse en la fabricación de estos tipos de materiales son el plomo o algunas aleaciones de cobre.  Reforzados con fibras: Son los más utilizados a pesar de que no aporten las mismas propiedades en todas las direcciones, pero hacen que el material resultante adquiera unas excelentes propiedades mecánicas. Las fibras suelen clasificarse en cortas, largas y continuas. Además también podemos hacer una clasificación según el tipo de matriz:  Termoestables: Solo pueden formarse a través de un cambio químico irreversible. Sin embargo, la temperatura y presión a la que deben someterse para su fabricación son bastante menores en comparación a las termoplásticas. Estas dos también se diferencian en su estructura interna.  Termoplásticas: Son las más utilizadas con diferencia. La principal ventaja que tienen sobre las termoestables radica en que pueden ser fundidas las veces que queramos sin perder propiedades aparentes. Por ello, este tipo de resinas puede utilizarse en soldadura, lo que hace innecesaria las uniones mecánicas. 1.2 Técnicas de soldadura Una de las principales características de los materiales es su capacidad de ser mecanizados, modelados, unidos… en definitiva, su capacidad de ser manipulados. Dentro de este concepto incluimos la capacidad de ser soldado. La soldadura se define como el proceso de fabricación donde se realiza la unión de dos o más piezas a través de la fusión del material, aunque en algunos casos, se puede utilizar un material de aporte. Si clasificamos las distintas técnicas de soldadura según el método que utilizan para realizar la unión (Figura 1) distinguimos tres grandes grupos, dentro de los cuales vamos a ver a continuación varios ejemplos detallando su modo de realización y sus principales características. Figura 1 Clasificación de las técnicas de soldadura Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 3 Las probetas objeto de estudio de este proyecto están soldadas mediante el método de soldadura por resistencia, con lo que, llegado el momento haremos especial hincapié en su explicación detallada. Cada uno de los tipos de soldadura que hemos comentado anteriormente van a ser explicados con relativa profundidad a continuación [3; 4]. Soldadura de placa caliente Se trata del proceso de soldadura térmico más utilizado debido a su sencillez de operación y a la robustez de la soldadura que produce. Esta técnica se divide en tres etapas, calentamiento, unión y enfriamiento. El proceso de soldadura se realiza en dos fases, en primer lugar se ponen las superficies que van a ser soldadas en contacto con un bloque metálico caliente hasta que comience a fundir el material, una vez llegados a este punto se separan las piezas del bloque caliente y se unen entre ellas, ejerciendo una presión para que se consolide la soldadura, hasta que el material solidifica. Para este tipo de soldadura se necesitan entre 5-60 segundos, mientras que para garantizar unas buenas condiciones es necesario esperar unos 30 minutos. Soldadura por láser Esta técnica de soldadura es la más precisa que existe en la actualidad (Figura 2) y, además, es la que menos calor aporta. Consiste en focalizar mediante espejos toda la energía del laser en una zona extremadamente pequeña que comienza a calentarse y al llegar a la temperatura de fusión se ioniza la mezcla del material fundido con los vapores y se forma lo que se conoce como plasma, este es capaz de absorber más energía incluso que el material fundido, por lo que, se transmite sin apenas pérdidas toda la energía del laser al material fundido. Esta técnica no utiliza, como hemos visto, material de aporte sino que se sueldan con el propio material de la pieza a soldar. Figura 2 Esquema de soldadura por láser Este proceso produce una soldadura de buena calidad, sin apenas porosidades y con contracción mínima. Tienen muy buena resistencia y son dúctiles. Soldadura por ultrasonido El principio de este proceso es la transformación de la corriente alterna de alta frecuencia en vibraciones mecánicas mediante un transductor piezoeléctrico. Estas vibraciones hacen frotar la parte superior de una de las piezas con la parte inferior de la otra produciendo energía térmica que plastifica localmente el material y los une molecularmente. Esta energía térmica es mayor en las zonas con asperezas, estos elementos son denominados directores de energía. Es indispensable que las dos piezas estén construidas con un material termoplástico de similar punto de fusión. Una representación esquemática de la máquina de soldadura ultrasónica se muestra en la Figura 3. Introducción 10 Figura 8 Secciones distintas en una soldadura En la sección A-A del material el calor aún no ha llegado puesto que el foco de calor está situado en B, por lo que, la temperatura de esta sección será igual que la inicial y el material estará libre de tensiones residuales en esa zona. En la sección B-B, centro del arco de soldadura, se produce un calentamiento muy brusco del material, alcanzando temperaturas muy altas. Debido a esto se produce la expansión del metal centro del calentamiento (que llega a fundirse) y como consecuencia aparecen tensiones de compresión en las zonas adyacentes al foco de calor. En consecuencia de estas tensiones de compresión, en las zonas más alejadas aparecen tensión de tracción para mantener autoequilibrado al material. En la zona central, debido a que el metal fundido carece de resistencia mecánica no aparecen tensiones de ningún tipo. La sección C-C se estará enfriando en razón de la conductividad térmica del material, en cuanto pase el arco de soldadura comenzará la evacuación del calor. En cuanto a las tensiones residuales se refiere, se observa que una vez que comienza a enfriarse, las zonas dilatadas surgen tensiones de tracción en la zona de soldadura y en la zona afectada por el calor. En las zonas alejadas aparecen tensiones de compresión para que se cumpla el autoequilibrio que mencionamos antes. En la sección D-D está suficientemente alejada del arco como para que se haya producido el enfriamiento total. Se encontrará nuevamente la temperatura inicial de la pieza, las tensiones tendrán su valor máximo final que corresponde al estado permanente definitivo de las tensiones residuales. Es importante señalar, que durante los estados transitorios, como en la condición final, deberán satisfacerse las condiciones clásicas de equilibrio de las fuerzas y momentos totales actuantes, es decir, que la sumatoria de las fuerzas residuales es nula, lo que implica ausencia de traslación y rotación. Las tensiones residuales surgen tanto en el plano perpendicular como en el longitudinal, siendo esta última de mayor magnitud, además a medida que nos alejamos de la línea de fusión de soldadura ambas disminuyen. A lo largo de la dirección transversal, la tensión longitudinal cambia a compresión, mientras que a lo largo de la dirección longitudinal ésta se reduce a cero, como dicta la condición de equilibrio de las Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 11 tensiones residuales. Se observan similares tensiones residuales transversales con menores diferencias en la distribución que las tensiones longitudinales y menor magnitud. Una muestra de esto se representa en la Figura 9. Figura 9 Distribución de tensiones residuales longitudinales y transversales Para concluir, las deformaciones plásticas que tienen lugar a temperaturas superiores a 800ºC causan siempre tensiones residuales. 1.3.3 Efecto de las tensiones residuales A continuación, entraremos en detalle de los efectos que tienen las tensiones residuales [8] explicadas en apartados anteriores. Recordamos que había tres niveles de tensiones residuales: micromecánico, donde aparecían principalmente por la diferencia entre matriz y fibras, macromecánico, donde la principal causa era la diferencia de las propiedades en cada una de las capas del material y, global, donde se tenía en cuenta el enfriamiento de todo el material a través de su espesor completo. Debido a la discrepancia entre las contracciones por temperatura de fibra y matriz, normalmente, aparecen estados tensionales en el material. Además, otras propiedades, como son, la temperatura de transición vítrea, la humedad, la velocidad de enfriamiento o el ambiente en el que se encuentre afectan notablemente al estado residual de tensiones que aparece. A causa de las distintas combinaciones de todos estos parámetros aparecen ciertos defectos en el material que veremos brevemente a continuación. Uno de los principales defectos que aparecen por este fenómeno es la desviación de las fibras (Figura 10), en la fase de procesamiento del material las fibras experimentan distintas cargas que hacen que éstas acaben desviándose de la trayectoria unidireccional del material, esto es principalmente causado por la diferencia en los coeficientes de expansión aunque también tiene mucho que ver la temperatura a la que se lleve el material y el tiempo de enfriamiento que se le proporcione. Introducción 12 Figura 10 Desviación de las fibras Además de eso también se ha observado que pueden aparecer pequeñas fracturas (Figura 11) (a nivel microscópico) debido principalmente a que se excede el límite elástico de la matriz o se consigue romper el enlace que hay en la interfase fibra-matriz, a causa de las tensiones residuales térmicas. Estas microfracturas pueden ser visibles en materiales transparentes o pueden permanecer ocultas hasta que se produce la iniciación del fallo del material en estado de servicio. Figura 11 Microfracturas La desunión interlaminar o delaminación es otro de los defectos comunes, y aparece sobre todo por la diferencia de propiedades de las capas en las distintas direcciones. Lo que ocurre es que las capas se van despegando unas de otras y provocan el fallo del material. Por último pero no menos importante, uno de los defectos que ocurren con bastante frecuencia es la curvatura de las láminas (Figura 12) debidas a enfriamientos no simétricos, con lo que introduce ciertas tensiones que tienen como efecto esa curvatura interlaminar. Figura 12 Curvatura de las láminas Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 13 Propiedades mecánicas No solo las tensiones ocasionadas por esfuerzos externos son las que condicionan las propiedades mecánicas del material, sino que las tensiones residuales que hemos visto hasta ahora toman un papel de cierta importancia en este tema, por ejemplo, el comportamiento a fatiga varía notablemente con este parámetro. De hecho, no todas las tensiones residuales son malas, en este caso hay veces que no solo no ocasionan daño sino que son beneficiosas para dichas propiedades. En cambio, cuando hablamos de fractura no tenemos tan buenas referencias, las tensiones residuales provocan que las grietas se inicien con más facilidad, así como, en la vida a fatiga disminuye el número de ciclos y la amplitud de carga que soporta el material Introducción 14 15 2 OBJETIVO Y PLAN DE TRABAJO La investigación que hemos llevado a cabo tiene por objetivo el de caracterizar estática y dinámicamente la soldadura por resistencia en termoplásticos, así como, realizar la medida de las tensiones residuales que aparecen en el termoplástico a causa de la soldadura a la que se somete. El método utilizado para la unión del material es el de la soldadura por resistencia y dicho material, utilizado para todos los ensayos, se trata de fibra de vidrio con matriz termoplástica de sulfuro de polifenileno (GF/PPS). El material se nos proporciona ya soldado, por lo que, no realizamos ningún ensayo para comprobar que esa soldadura esté realizada en perfectas condiciones. Disponemos de varios paneles soldados, así como, otros tantos paneles del material sin procesar. Estos últimos los utilizaremos para realizar los ensayo de caracterización del material que se explicarán en detalle en el capítulo 4 de este documento. Para el resto de los ensayos (estáticos y dinámicos), en los que se entrará más en detalle en el capítulo 6, utilizaremos los paneles del material soldado, del que deberemos fabricar las probetas siguiendo la norma [12; 13]. Un diagrama de flujo del proceso de trabajo (Figura 13) que vamos a seguir se muestra a continuación, Figura 13 Plan de trabajo Como podemos observar tenemos tres flujos de trabajo, por un lado, el material sin procesar que solo tendremos que mecanizar cada una de las probetas, instrumentarlas y ensayarlas a tracción. Por otro lado, con el material soldado seguiremos, a su vez dos flujos, la instrumentación del material (galgas extensométricas…) para la medida de las tensiones residuales introducidas por la soldadura y, la preparación de las probetas (mecanizado nuevamente) para, posteriormente, realizar los ensayos estáticos (tracción) y dinámicos (fatiga). Una vez finalizado todo esto analizaremos los datos obtenidos para cerrar con las conclusiones a las que llegamos. Objetivo y plan de trabajo 16 17 3 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS Como ya hemos avanzado en capítulos anteriores de este documento, disponemos de paneles del material sin procesar (Figura 14), así como, otros tantos paneles del material ya soldado (Figura 15). Figura 14 Panel de fibra de vidrio sin procesar Figura 15 Panel de fibra de vidrio soldado Siguiendo el diagrama de flujo expuesto en el capítulo 2, lo primero que realizamos es fabricar las probetas para la caracterización del material, para ello solo tenemos que mecanizarlas según la norma con la máquina que se muestra en la Figura 16. Figura 16 Máquina de corte Una vez que tenemos las probetas mecanizadas tenemos que instrumentarlas, para ello, le colocamos galgas extensómetricas siguiendo el proceso descrito a continuación: Preparación de las muestras 18 1. Buscamos el centro de la probeta para poder centrar la galga en toda su extensión 2. Lijamos el material para eliminar cualquier tipo de barniz o protector utilizado en la fabricación del termoplástico 3. Limpiamos con acetona para asegurarnos de que se eliminen todas las impurezas 4. Pegamos la galga en el lugar prefijado anteriormente con un pegamento de contacto utilizando un catalizador para que la reacción sea instantánea y presionando durante unos minutos sobre la zona 5. Soldamos, con un soldador de cobre, un cable a cada salida de la galga (dos por dirección de la galga) 6. Añadimos al otro extremo del cable unos puntos de empalme y comprobamos con un polímetro que la conexión es buena (120 Ω) Una vez realizado todo este procedimiento obtenemos una probeta lista para ensayar tal que así (Figura 17), Figura 17 Probeta de caracterización Lo siguiente que debemos realizar es mecanizar las probetas tanto de los ensayos estáticos como dinámicos, para estos últimos las probetas quedarán listas para ensayar tras este proceso, mientras que para los estáticos deberemos seguir procesando la probeta para ajustarla a la norma como explicaremos más adelante. El mecanizado se realiza nuevamente en la máquina mostrada en la Figura 16 fabricando todas las probetas de una misma vez (Figura 18). Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 19 Figura 18 Probetas tras el mecanizado Separamos 10 probetas que utilizaremos para los ensayos dinámicos y, que no nos serán necesarias hasta que nos pongamos con ellos. Para los ensayos estáticos tenemos 7 probetas restantes, de estas probetas vamos a hacer 3 tipos distintos según la norma [12; 13]. Un esquema de estas probetas se muestra en la Figura 19. Figura 19 Tipos de probetas para ensayos estáticos Para la fabricación de estas probetas (Figura 20) utilizamos un material adhesivo, concretamente EA 9394 QT AERO con el que realizaremos las probetas tipos B y C. Para los tacos adicionales utilizamos el mismo material que el de partida. Figura 20 Fabricación de las probetas tipos B y C Ensayo de caracterización 26 27 5 MEDIDA DE LAS TENSIONES RESIDUALES 5.1 Explicación técnica y procedimiento general Como comentamos en la introducción de este documento, las tensiones residuales se definen como [6] aquellas tensiones que persisten en el material cuando este ya es libre de fuerzas externas o de gradientes de temperatura. Como explica la teoría de la elasticidad, la tensión asociada a un canto libre es nula. En este principio nos vamos a apoyar para explicar cada una de las técnicas que se utilizan para medir las tensiones residuales y, en concreto, la que utilizaremos en nuestro caso. Dentro de las técnicas comúnmente utilizadas para la medición de las tensiones residuales [10] encontramos varios grupos: 1. Relajación de tensiones 2. Difracción de rayos-X 3. Utilización de propiedades del material sensibles al estado de tensión 4. Técnica de propagación de grietas En nuestro caso nos vamos a centrar en el primer punto de esta clasificación y vamos a ver los distintos procedimientos que se utilizan para la medición de dichas tensiones residuales mediante la relajación de tensiones [3], en todos ellos, utilizando galgas extensométricas eléctricas.  Procedimiento I El primer procedimiento que vamos a detallar se trata de la medición de las deformaciones provocadas en el material a través de las ya mencionadas galgas. En este caso, se colocan galgas en las dos direcciones del material sobre el solape de la soldadura, como se muestra en la Figura 29, y se procede a separar las dos partes soldadas hasta que queden completamente despegadas. Posteriormente, se mediría lo que marca cada una de las galgas para poder obtener las tensiones residuales del material. Figura 29 Procedimiento I para la medida de tensiones residuales  Procedimiento II En el segundo procedimiento (Figura 30), buscando que la forma de despegar las dos láminas sea menos brusca (en el procedimiento I se realiza mediante tracción), esta separación se realiza mediante fatiga. Se colocan las galgas de igual manera que en el procedimiento anterior pero en este caso se le aplica una carga de fatiga. Para concluir se mide la deformación en cada una de las galgas. Medida de las tensiones residuales 28 Figura 30 Procedimiento II para la medida de tensiones residuales 5.2 Descripción del procedimiento empleado El tercer procedimiento de medición de tensiones residuales mediante técnicas de relajación es el que hemos utilizado en nuestros ensayos y que procedemos a explicar a continuación. En este caso la relajación del material se realiza mediante mecanizado, al tratarse de galgas eléctricas conlleva un riesgo de que se dañe el cable o la soldadura con el fluido de refrigeración de la máquina de mecanizado. En nuestro caso, la instrumentación de la probeta se ha realizado colocando 8 galgas extensométricas como se muestra en la Figuras 31-32. Figura 31 Anverso del panel para la medida de tensiones residuales Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 29 Figura 32 Reverso del panel para la medida de tensiones residuales Como podemos observar las galgas 1, 2, 3 y 4 se encuentran situadas cerca de la zona de soldadura pero sin llegar a estar sobre la zona del solape, todas ellas miden en la dirección longitudinal, es decir en 0º. Las galgas 5, 6,7 y 8 está situadas en el solape del material donde se realiza la soldadura. Las galgas 5 y 7 miden en la dirección de 90º, mientras que la 6 y 8 miden en la dirección de 0º. La conexión de las galgas se han hecho a un indicador de deformación mediante una conexión de cuarto de puente como podemos observar en la Figura 33. Figura 33 Conexión de los equipos e instrumentacion del panel Una vez conectados todos los equipos procedemos a realizar la medición de las deformaciones residuales que serán las que nos den la posibilidad de calcular las tensiones residuales. El procedimiento que vamos a emplear consiste en realizar un corte de forma perpendicular a la banda de soldadura muy próximo a las galgas que hemos colocado, tras ello, anotaremos las medidas que nos den las galgas y, posteriormente, realizaremos otro corte en las mismas condiciones que el anterior pero en el lado contrario que en el primer corte, siempre respecto a la galga (Figuras 34-35). Medida de las tensiones residuales 30 Figura 34 Mecanizado para la medida de tensiones residuales (1) Figura 35 Mecanizado para la medida de tensiones residuales (2) Al inicio el corte se intentó refrigerar mediante aire a presión, siendo insuficiente por lo que se tuvo que optar por refrigerar con agua con el riesgo que entrañaba. Tras el primer corte las galgas 5, 6, 7 y 8 se despegaron del material, es por ello por lo que carecemos de resultados en dichas galgas en el segundo corte. 5.3 Resultados y conclusiones Una vez realizado el ensayo y, teniendo en cuenta los parámetros del material que obtuvimos en apartados anteriores mediante otros ensayos estamos en disposición de conocer las tensiones residuales a las que está sometido el material. Esto lo haremos mediante dos expresiones matemáticas que se muestran a continuación [3]. Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 31 Antes de comenzar con los cálculos vamos a definir claramente en qué dirección mide y dónde está situada cada una de las galgas (Figuras 36-37). Figura 36 Esquema del anverso de la placa Figura 37 Esquema del reverso de la placa Donde las líneas rojas denotan la medida de la deformación en la dirección de 0º y las líneas azules lo hacen con la medida de la deformación en la dirección de 90º. En primer lugar se muestran (Tabla 3) los resultados obtenidos en cada una de las mediciones de las galgas, se puede apreciar el detalle que comentamos anteriormente del despegue de las galgas 5, 6, 7 y 8 en el segundo corte y de los que no tenemos resultados. Medida de las tensiones residuales 32 Galga 1 (με) Galga 2 (με) Galga 3 (με) Galga 4 (με) Galga 5 (με) Galga 6 (με) Galga 7 (με) Galga 8 (με) Corte 1 52 -279 -244 -52 100 -187 -143 -319 Corte 2 -55 142 82 -7 - - - - Tabla 3 Medida experimental de las deformaciones residuales Analizando los resultado obtenidos tomamos la decisión de hacer el análisis en varias etapas, como primera etapa vamos a considerar solo la zona del solape en la que se realizó la soldadura. En ella teníamos colocada una galga en cada una de las caras, tanto anverso como reverso, por lo que podremos saber las tensiones residuales que interiorizaba el material en la situación del primer corte en cada una de las caras mencionadas. Con las ecuaciones mostradas más arriba y haciendo uso de la información de la Tabla 3 obtenemos los siguientes resultados (Tabla 4). ε (με)  (MPa) 0º 90º 0º 90º Anverso -187 100 3.4669 -1.7333 Reverso -319 -143 6.1975 3.0085 Tabla 4 Resultados tensiones y deformaciones residuales en el solape A la vista de estos resultados podemos ver como las tensiones residuales son más acentuadas en el reverso que en el anverso de nuestra probeta. Dado que la galga estaba situada justo en el centro de la misma, los resultados esperados [11] son de tracción en ambas direcciones del material. En la dirección de 90º del anverso de la probeta obtenemos un valor de compresión, pero se trata de un valor muy próximo a cero. De hecho, todos los valores de tensiones obtenidos son muy pequeños, rondan el 3% de la resistencia a tracción del material. Además, este valor de compresión también puede ser debido a que en la placa se haya producido una flexión motivada por dichas tensiones y sea la medida de deformación que se nos muestra. A continuación vamos a estudiar los resultados obtenidos en el resto de las galgas, como estas galgas solo miden en la dirección longitudinal no podemos calcular las tensiones a las que está sometido el material, con lo que analizaremos las deformaciones del mismo comprobando que los resultados son coherentes (Tabla 5). Lámina 1 Lámina 2 ε (με) ε (με) Corte 1 Anverso 52 -244 Reverso -280 -51 Corte 2 Anverso -55 82 Reverso 142 -7 Tabla 5 Resultados tensiones y deformaciones residuales en cada lámina Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 33 Según la distribución de las galgas mostrada en la Figura 36 y Figura 37 y considerando como lámina 1 la que contiene a la galga 1 y lámina 2 la que contiene a la galga 4, se espera a priori que las medidas de las galgas 1 y 2 coincidan en valor absoluto, al igual pasa con las galgas 3 y 4 debido a que miden la curvatura de una misma lámina. Observamos que esto no ocurre en ningún caso y puede ser debido a que los valores de deformación son muy próximos a cero por lo que la dispersión es muy pequeña en comparación con la resistencia del material. En el corte 2 observamos como ninguno de los valores antes mencionado coinciden, aunque si observamos que la mayor relajación del material se ha producido en el corte 1, con lo que las deformaciones obtenidas en este segundo corte son algo menores en general. En definitiva, como conclusión principal que sacamos de este ensayo podemos afirmar que las tensiones residuales a las que está sometida la probeta son muy pequeñas y se pueden considerar despreciables con respecto a la resistencia a la tracción del material. Medida de las tensiones residuales 34 35 6 COMPORTAMIENTO ESTÁTICO Y A FATIGA 6.1 Selección de la geometría y justificación Para los ensayos estáticos hemos seleccionado tres tipos de geometría distintos [12; 13] para observar como esto influye en el comportamiento del material a tracción. El proceso seguido para fabricar cada uno de los tipos de probetas que hemos mencionado se explicó en detalle en el capítulo 3 de este documento. Como recordatorio añadimos de nuevo el esquema que muestra la configuración de cada una de las probetas (Figura 38). Figura 38 Tipos de probetas para ensayos estáticos A continuación, observamos una gráfica (Figura 39) en la que podemos apreciar como los tipos A y B de estas probetas tienen un comportamiento muy parecido, mientras que el tipo C difiere un poco más de lo que sería el patrón. Figura 39 Comparación de las curvas tensión-deformación de cada tipo Las pequeñas irregularidades que se dan en el tipo C son debidas a que en un cierto punto el material comenzó a deslizar de la mordaza, cosa que se solucionó al instante y el material pudo seguir con su ensayo sin afectar notablemente en los resultados. Vemos lo que hemos mencionado anteriormente, el parecido entre los tipos A y B y la diferencia con el tipo C. Para el comportamiento a fatiga o dinámico solo utilizamos un mismo tipo de probeta, se trata del tipo A utilizado para el ensayo estático. Esto es debido a que lo que nos interesa en este tipo de ensayo es ver, según el tipo de carga a la que se le someta, en qué momento colapsa el material y, para poder comparar lo mejor es Comportamiento estático y a fatiga 42 Para el caso b) Valor estimado ( : Valor real (yi =Log ) : yi = a + b xi + gi Siendo, x= Log N; a= (1/m) Log A ; b=-1/m y gi el error cometido (residuo) Se puede observar como el error cometido para ambos casos es diferente, normalmente, para casos de fatiga, el valor que se toma como independiente, es decir, la predicción que realizamos es la del número de ciclos por, lo que es el caso “a” el que se suele utilizar y el que vamos a usar en nuestro caso. Para el cálculo de los coeficientes “a” y “b” se utiliza, como hemos mencionado con anterioridad, el método de los mínimos cuadrados, un método que minimiza la suma de los cuadrados de los residuos. Por lo que, la condición (tomando como procedimiento a utilizar el método “a”) será la siguiente: Donde “np” representa el número de puntos experimentales a ajustar que coincidirá con el número de ensayos que realicemos. Así, una vez que tenemos la condición a cumplir para obtener los coeficientes de la recta de regresión que ajusta a los puntos experimentales solo nos queda aplicarla. Para el coeficiente “a” la condición queda como sigue: =0 Al igual, aplicando la misma condición para “b”: =0 Y resolviendo este sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas obtenemos el valor de ambos coeficientes, que en su expresión matemática tienen la siguiente forma: Una vez que tenemos realizado el ajuste, una medida de la calidad del mismo, para comprobar que la recta de verdad se aproxima a lo que la realidad nos muestra, es lo que se denomina como coeficiente de correlación, que tiene la siguiente forma: Un valor óptimo de este coeficiente, que marcaría un ajuste perfecto, sería r=1. Una vez obtenido todo esto podemos predecir la vida del material a partir de la solicitación a la que se vaya a someter. Para este desarrollo estadístico de los datos experimentales vamos a utilizar una hoja de cálculo proporcionada por el Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales de la Universidad de Sevilla. En dicha hoja obtendremos la recta de ajuste mediante los mínimos cuadrados, los puntos experimentales y la recta de diseño Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 43 del 95% introduciendo las cargas a las que se somete a la probeta en cada uno de los ensayos, la geometría de la misma y el número de ciclos que soporta dicha probeta (Figura 49). Figura 49 Hoja de cálculo para análisis estadístico 6.3.3 Resultados Un total de 10 probetas han sido ensayadas dinámicamente en la realización de este proyecto, con las distintas cargas que se mencionaron al inicio del capítulo, a continuación, se muestra una tabla (Tabla 7) con los datos de cada uno de los ensayos. Todos los porcentajes son realizados en base a la carga de rotura en los ensayos estáticos que se ha considerado, tras realizar varios ensayos y estudiar los resultados en 3.2 kN. Probeta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 %Fmax 50% 55% 60% 65% 70% 70% 75% 75% 80% 90% Fmax (kN) 1.6 1.76 1.92 2.08 2.24 2.24 2.4 2.4 2.56 2.88 Fmin (kN) 0.16 0.176 0.192 0.208 0.224 0.224 0.24 0.24 0.256 0.288 Fmed (kN) 0.88 0.968 1.056 1.144 1.232 1.232 1.32 1.32 1.408 1.584 Falt (kN) 0.72 0.792 0.864 0.936 1.008 1.008 1.08 1.08 1.152 1.296 Nº ciclos - - 975541 553218 187421 160536 92861 65132 8113 3623 F (kN) 1.44 1.584 1.728 1.872 2.016 2.016 2.16 2.16 2.304 2.592 Solape (mm) 13.84 13.92 13.87 13.32 13.25 13.12 13.55 13.13 13.45 13.17 Ancho (mm) 24.92 24.87 24.82 24.86 24.96 24.91 24.89 24.82 24.76 24.96 τ (MPa) 4.17 4.58 5.02 5.65 6.10 6.17 6.40 6.63 6.92 7.89 Rompe No No Si Si Si Si Si Si Si Si Tabla 7 Resultados ensayos de fatiga Comportamiento estático y a fatiga 44 En dicha tabla encontramos los parámetros necesarios para los ensayos de fatiga como son, fuerza máxima (Fmax), fuerza mínima (Fmin), fuerza media (Fmin) y fuerza alterna (Falt). Para el cálculo de la fuerza media y alterna se han utilizado las siguientes expresiones: El número de ciclos se refiere a los ciclos que ha resistido la probeta, F se trata del incremento de fuerza a la que se ha sometido, calculado como: El ancho y el solape son parámetros geométricos de la probeta y,  es la tensión que provoca el incremento de fuerza antes descrito. Todo ello mostrado en las unidades que se muestran en la tabla. Como dato característico y evidente el número de ciclos va disminuyendo conforme aumentamos el estado de carga del material. A continuación se muestran dos gráficas, en la primera de ellas (Figura 50) se representan en escala logarítmica la serie de datos que hemos obtenido de los ensayos experimentales, junto con la recta de ajuste de mínimos cuadrados y la curva de diseño del 95%. En la segunda (Figura 51) se representa el tanto por ciento de la carga estática al que se ha sometido la probeta frente al número de ciclos que ha soportado. Figura 50 Ajuste estadístico de los resultados de fatiga El ajuste de los mínimos cuadrados se considera bueno con un coeficiente r=-0.955 muy próximo a -1. Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 45 Figura 51 Curva S-N de fatiga Se puede observar claramente como a partir del 55% de la carga estática el material alcanza la vida infinita. 6.3.4 Modos de fallo Como modos de fallo podemos, en primer lugar, destacar dos categorías: fallo adhesivo y fallo cohesivo [14]. El fallo adhesivo (Figura 52) es el que se da cuando dicho fallo se produce en la interfase de unión entre el sustrato y el adhesivo. En estos casos es importante prestar una especial atención al proceso de fabricación de la unión. Figura 52 Fractura adhesiva en uniones El otro tipo de fallo que hemos comentado previamente es el fallo cohesivo (Figura 53), en este caso la fractura se produce en el adhesivo, rompiéndose las fuerzas de cohesión del mismo. Dentro de esta clasificación se prefiere que el fallo que se produzca sea cohesivo, Figura 53 Fractura cohesiva en uniones Sin embargo, en el proyecto presente no podemos hablar de fallo cohesivo o fallo adhesivo puesto que esto Comportamiento estático y a fatiga 46 solo se da cuando entre los dos sustratos se encuentra un material adherente y, en nuestro caso, lo que tenemos entre ambos es un material considerado material caliente que no se trata de un adhesivo. Así, dentro del tipo de ensayo de cortadura que le hemos realizado a nuestras probetas se pueden encontrar tres tipos diferentes de fallo [15; 16] de las mismas: fallo interlaminar, fallo interfacial y fallo de resistencia.  Se considera que el fallo que se ha producido es interlaminar cuando ocurre dentro de la lámina de material, dentro del elemento caliente o dentro de ambos.  El fallo es interfacial cuando ocurre en la interfase entre la lámina y el elemento caliente.  El fallo se denomina de resistencia cuando el límite de resistencia de la lámina es inferior al de la soldadura y, por lo tanto, la lámina falla antes que el elemento caliente. En nuestro caso, en parte de las probetas ensayadas la lámina se ha desprendido del elemento caliente, motivo por el cual se ha decidido desechar los resultados obtenidos, puesto que, ese tipo de rotura era muestra de que la soldadura no estaba bien realizada y toda la información que se sacara al respecto carecía de significado. El resto de las probetas se puede considerar que han tenido un fallo interlaminar puesto que la rotura se ha producido dentro del elemento caliente como podemos observar en la Figuras 54-55. Figura 54 Superficie de rotura en los ensayos de fatiga (1) Figura 55 Superficie de rotura en los ensayos de fatiga (2) Evaluación de las tensiones y deformaciones residuales en uniones solapadas de termoplásticos mediante soldadura por resistencia 47 6.3.5 Conclusiones A continuación, abordaremos las principales conclusiones a las que hemos llegado tras realizar el análisis dinámico del material. En primer lugar y como conclusión principal de este análisis podemos afirmar que para una carga igual o inferior al 55% de la carga estática del material este alcanza la vida infinita. Además la tendencia que siguen los puntos experimentales en cada uno de los estados de carga se puede suponer como lineal a la vista de la Figura 50. Otra cosa importante que observamos en la Figura 50 es que los puntos obtenidos para un mismo nivel de carga están relativamente próximos, es decir, que tenemos una dispersión pequeña, lo que corrobora que los ensayos muestran, en mayor o menor medida, la realidad de nuestro material. La superficie de rotura, como podemos apreciar en la Figura 54 y Figura 55 tiene un claro aspecto de rotura interlaminar donde el material caliente se queda en cada uno de los substratos. Dentro de este análisis de la superficie de fractura del material vamos a comparar cada una de las probetas ensayadas para ver cómo influye el nivel de carga aplicado a dicha superficie (Figura 56). Figura 56 Probetas rotas por fatiga De izquierda a derecha vemos las probetas correspondientes al 90%, 80%, 75%, 75%, 70%, 70%, 65%, 60%, 55% y 50% de la carga estática. Podemos observar, a grandes rasgos, como conforme aumentamos el nivel de carga al que se somete al material, la superficie de unión pasa de estar repartida entre los dos substratos a cada vez quedarse más en el substrato inferior según la posición del ensayo. Comportamiento estático y a fatiga 48 49 7 CONCLUSIONES Y DESARROLLOS FUTUROS El presente proyecto está enfocado en conocer el comportamiento tanto estático como a fatiga de un material termoplástico, en nuestro caso fibra de vidrio PPS, soldado mediante el procedimiento de soldadura por resistencia. Para conocer más adecuadamente el comportamiento de este material se calculan las posibles tensiones residuales que pueden aparecer en el material debido a la soldadura. 7.1 Conclusiones Para la realización de este proyecto se nos proporcionaron varios paneles de fibra de vidrio PPS soldada mediante el método de la soldadura por resistencia y, además de eso, dispusimos de otra serie de paneles del mismo material pero sin soldar. En primer lugar, obtuvimos una serie de probetas de los paneles sin soldar según la norma [16] UNE-EN-ISO 527-4 con el objeto de caracterizar el material en tracción, lo que más nos interesaba era obtener los parámetros de rigidez mediante el módulo de elasticidad en las dos direcciones ortogonales ( ) y el coeficiente de Poisson del material. Se realizaron ensayos de tracción de las probetas debidamente preparadas y en ambas direcciones para poder aplicar la carga en las dos direcciones del material, tras eso se obtuvieron las curvas -ε del mismo a partir de las cuales obtuvimos los distintos parámetros característicos. En los distintos ensayos llegamos a la conclusión que el material se comporta de forma muy parecida en ambas direcciones, con lo que el módulo elástico y el coeficiente de Poisson se toma idéntico para los dos casos. Una vez caracterizadas las propiedades del material, realizamos el análisis estático del mismo. Las probetas nos las proporcionaron soldadas, por lo que, no realizamos ningún ensayo de calidad de dicha soldadura y pasamos directamente a realizar los ensayos estáticos. Ensayamos siguiendo las normas [12] EN pr2667-1 y [13] AITM1-0019 que nos determinan que debemos realizar tres tipos distintos de probetas para caracterizar estáticamente el material soldado. Durante la realización de los ensayos en parte de las probetas se desprendió el material caliente de uno de los substratos, por lo que debimos desechar dichas probetas de todo un panel, ya que, los resultados obtenidos carecían de significado. Tras fabricar de nuevo las probetas una vez que nos aseguramos que las restantes tienen la soldadura en perfectas condiciones, ensayamos cada una de ellas concluyendo que los tipos A y B tienen un comportamiento muy parecido mientras que ambos difieren del tipo C. Todos ellos rondan los 8 MPa de tensión última, los dos primeros un poco por defecto mientras que el tercero la sobrepasa. Uno de los datos importantes a concluir en estos ensayos es la fuerza máxima que son capaces de soportar las probetas, puesto que ese dato nos será necesario para caracterizar dinámicamente el material, esta fuerza (carga estática) se estimó, tras analizar los datos, en 3.2 kN. A continuación, con este último dato que hemos mencionado caracterizamos dinámicamente el material. Para ello dispusimos de una serie de probetas a las que les asignamos distintas cargas máximas en tanto por ciento de la carga estática sin superar en ningún caso el 100% con el objeto de conseguir una nube de puntos que nos dé una idea de la curva S-N del material. Tras realizar esto pudimos concluir que a partir del 55% de la carga estática el material se comporta con vida infinita. Por último, el objeto principal de este proyecto se trata de determinar si existen tensiones residuales debidas a la soldadura en el material. Esta medida se realizó siguiendo un solo procedimiento aunque en este documento se detallan varios totalmente válidos. Realizamos dicho procedimiento que consiste en instrumentar la probeta con galgas extensométricas y realizar unos cortes para aliviar al material y reflejar las deformaciones residuales a las que estaba sometido y con ello poder calcular las tensiones asociadas. Realizando este procedimiento nos encontramos con que al realizar el primer corte se despegaron dos de las galgas, con lo que, no pudimos obtener sus resultados en el segundo corte. A pesar de estos inconvenientes obtuvimos la medida que las galgas nos proporcionaban dando estas unos valores muy pequeños. Los valores de tensión obtenidos en la zona del solape de la probeta rondaba el 3% de la resistencia a tracción del material, por lo que, visto los resultados podríamos concluir que el material se encuentra sometido a tensiones residuales pero que estas son tan pequeñas que las podemos considerar despreciables. Otro dato relevante que pudimos obtener es que en valor absoluto las tensiones longitudinales se pueden estimar por el doble de las transversales. Conclusiones y desarrollos futuros 50 7.2 Desarrollos futuros Tras realizar este proyecto algunas cuestiones surgen con las que se puede hacer un análisis en el futuro y seguir investigando sobre el tema. Algunas de ellas se muestran a continuación:  Un aspecto importante y que no se ha tenido en cuenta por falta de tiempo y de material en este estudio es variar el coeficiente R de los ensayos de fatiga. Nosotros hemos tomado un R=0.1 para todos los ensayos pero sería interesante variar ese parámetro y ver cómo se comporta el material en cada caso.  Otra variación importante para ver el comportamiento dinámico del material seria variar la geometría de las probetas al igual que hicimos con los ensayos estáticos. Esto puede influir notablemente en la vida a fatiga del material.  También convendría realizar la medida de las tensiones residuales por otros de los procedimientos explicados y poder comparar los datos que se obtengan con los resultados obtenidos en este proyecto.  Un análisis interesante que se podría hacer para confiar plenamente en los resultados obtenidos de las tensiones residuales sería realizar un análisis por elementos finitos y obtener de forma numérica el valor de las tensiones residuales que se encuentran en el material y así, poder compararlas con los valores experimentales obtenidos.  Por último, un estudio bastante más amplio sobre el tema se podría realizar investigando la influencia de la temperatura en todos los ensayos que hemos realizado en este proyecto ya que nos hemos limitado a realizar todos los ensayos a temperatura ambiente. 51 8 BIBLIOGRAFÍA [1]: Patricia P. Parlevliet, H. E. (2006). Residual stresses in thermoplastic composites - A study of the literature - Part I: Formation of residual stresses. [2]: Paris, F., Cañas, J., Marín, J., & Barroso, A. Introducción al análisis y diseño con materiales compuestos. Sevilla: Sección de publicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla. [3]: Racero, M. C. (2015). Ultrasonic welded thermoplastic composites. An experimental study on the static and fatigue behaviour. Sevilla. [4]: Costa, A. P., Botelho, E. C., Costa, M. L., Narita, N. E., & Tarpani, J. R. (2012). A review of welding techonologies for thermoplastic composites in aerospace applications. [5]: Villegas, I. F., Moser, L., Yousefpour, A., Mitschang, P., & Bersee, H. E. (2012). Process and performance evaluation of ultrasonic, induction and resistance welding of advanced thermoplastic composites. [6]: Gordillo, V. R. (2013). Análisis mediante simulación del efecto de las reparaciones en las tensiones residuales de soldeo. 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