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DEPARTAMENTO DE INFRAESTRUCTURAS. SISTEMAS AEROESPACIALES
YAEROPUERTOS

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AERONÁUTICOS

TESIS DOCTORAL
ANÁLISIS DEL PROCESO DE SOLDADURA POR RESISTENCIA EN MATERIALES
COMPUESTOS DE MATRIZ TERMOPLÁSTICA DE INTERÉS AERONÁUTICO

Dña. Irene Fernández Villegas
Ingeniero Aeronáutico

Directores
D. Ignacio F. González Requena
Doctor ingenieroAeronáutico
D. José María Pintado Sanjuanbeníto
Doctor Ingeniero Aeronáutico

Septiembre 2004

COMPOSICIÓN DEL TRIBUNAL

PRESIDENTE:

VOCALES:

VOCAL SECRETARIO:

CALIFICACIÓN:

RESUMEN

Los materiales compuestos avanzados de matriz termoplástica son actualmente objeto
de un creciente interés en la industria aeronáutica debido a que presentan atractivas
ventajas con respecto a los de matriz termoestable.Entre estas ventajas cabe destacar las siguientes: (a) ciclos de fabricación cortos que redundan en una disminución de
costes, (b) la materia prima se almacena indefinidamente en condiciones ambiente, (c)
permiten el reciclado y la obtención de uniones soldadas, y (d) presentan una elevada
tolerancia al daño debido a la alta tenacidad de las resinas termoplásticas.
En previsión de un empleo agran escala de este tipo de materiales, el estudio llevado
a cabo en el presente trabajo se centra en la utilización de la técnica de soldadura por
resistencia eléctrica (calentamiento de la zona de unión por efecto Joule) para la reparación de daños en estructuras aeronáuticas, muy especialmente para la reparación en
campo de aviones de uso militar, aplicación ésta que demanda procesos de cortaduración, fáciles de implementar y que empleen equipamientos portátiles.
Fruto de este estudio se ha desarrollado un proceso de soldadura por resistencia que,
cumpliendo con los requisitos básicos anteriormente enunciados, se caracteriza por el
aporte de calor y presión a la zona de unión mediante malla metálica y bolsa de vacío
sin sobrepresión exterior. Las uniones obtenidas aplicando este proceso alaminados
de polisulfuro de fenileno reforzado con fibras continuas de carbono presentan niveles
de resistencia elevados en relación con los de las uniones de referencia fabricadas en
condiciones óptimas y considerablemente superiores a los proporcionados por uniones
adhesivas realizadas en condiciones de proceso similares a las de las uniones soldadas. Estos resultados resultan muy prometedorestanto desde el punto de vista de la
aplicación contemplada como del de aplicaciones más generales en el ámbito de las
uniones estructurales. Asimismo, justifican no sólo el trabajo realizado sino una inversión en futuros proyectos de investigación.

III

SUMMARY

Advanced thermoplastic matrix composites have become increasingly important in the
aeronáutica! industry as a result of theirinteresting advantages over advanced thermoset matrix composites. Among these advantages, the most remarkable are: potential
costs reductlon due to shorter manufacturing cydes, indeflnite sheif iife with no special
storage conditions, reciclability, feasibility of welding and, finally, improved damage
tolerance because of the high toughness of thermoplastic resins.
Based on an hypothetical large scale useof these materíals, the present work focuses
on the eléctrica! resistance welding technique (based on Joule heating of the welding
área) applied to aeronáutica! structura! repairs, in particular, operationa! structural repairs on military aircrafts. This application demands fast and simple joint processes as
well as portable equipment.
As a result of this study, an experimental resistance weldingset up has been developed. The main characteristics of the defined process (which fulfils the basic requirements outlined above) are the use of metallic mesh and vacuum bag without externa!
overpressure for heating and appiying consoüdation pressure to the welding área.
Welds obtained between continuous carbón fibre reinforced poliphenilene sulfide laminates show high strength levéis related to...