The Research of the Delamination Formation Regarding Pressure Change in Cutting With Abrasive Water Jet (AWJ) For Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) Materials

Abstract

The Abrasive Water Jet (AWJ) cutting has a wide range of usage in many areas of technology, especially in the aviation industry. The mentioned process is realized by spraying the 100-200 µ size abrasive particles on the material at high speed within the pressurized water jet beams. When cutting with ASJ, material, pressure, cutting velocity, and water jet diameter are very important in terms of surface quality after cutting. It is an important advantage that thermal and mechanical loads are low during cutting. During the cutting process, Heat Affected Zone (HAZ) and hence deterioration in the crystal structure of the material due to HAZ do not occur. On the other hand, abrasive particles used during the cutting process can be reused after filtering. The reuse of abrasive particles reduces the operating cost of the AWJ cutting process. Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) materials mentioned in this paper are widely used in the industries such as aviation, automotive, and marine. While CFRP materials have low density compared to steel and aluminum materials, they are considered to be relatively strong materials. In general, AWJ is a process widely used for cutting CFRP materials. In this research study, the test samples were cured in two different groups as UD and Twill with a peeling fabric called Peel-Ply using an autoclave. Subsequently, cutting of KFTP materials was carried out using the AWJ process. Then the cut test coupons were examined under Scanning Electron Microscope (SEM). At the end of the study, it was revealed by the electron microscope results that the pressure change affects the delamination of CFRP materials

Aşındırıcı Su Jeti (ASJ) ile kesim başta havacılık olmak üzere teknolojinin birçok alanında oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Söz konusu kesim yöntemi, basınçlandırılmış su jeti hüzmelerinin içerisinde yer alan aşındırıcı 100-200 µ büyüklüğündeki taneciklerin malzeme üzerine yüksek hızla püskürtülmesi sayesinde gerçekleştirilmektedir. ASJ ile kesimde malzeme türü, basınç, ilerleme hızı ve su jeti çapı kesim sonrası yüzey kalitesi açısından oldukça önemlidir. Kesim esnasında, termal ve mekanik yüklerin az olması önemli bir avantajdır. Isı Tesisi Altında Kalan Bölge (ITAB) oluşmamakta ve malzeme kristal yapısında ısıdan kaynaklanan bozulmalar meydana gelmemektedir. Diğer taraftan kesim işlemi sırasında kullanılan aşındırıcı tanecikler filtre edildikten sonra tekrar kullanılabilmektedir. Taneciklerin tekrar kullanımı, ASJ ile kesim prosesinin işletme maliyetini düşürmektedir. Bu bildiride bahsi geçen, Karbon Fiber Takviyeli Polimer (KFTP, Carbon Fiber Reinforced Polymer-CFRP) malzemeler ise başta havacılık olmak üzere otomotiv, denizcilik gibi endüstriyel alanlarda çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. KFTP malzemeler, çelik ve aluminyum malzemelere göre düşük yoğunluğa sahipken görece mukavim malzemeler olarak kabul edilmektedir. ASJ, KFTP malzemelerin kesimlerinde oldukça yaygın olarak kullanılan bir prosestir. Bu araştırma çalışmasında test numuneleri önce UD ve Twill olarak iki farklı grupta, Peel-Ply adı verilen soyma kumaşı ile beraber otoklavda kürlenmiştir. Ardından, ASJ ile KFTP malzemelerin kesimleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra kesilen test kuponları Taramalı Elektron Mikroskobu (TEM, Scanning Electron Microscope-SEM) altında incelenmiştir. Çalışma sonunda, basınç değişiminin, KFTP malzemelerinin delaminasyon üzerinde etkili olduğu elektron mikroskopu sonuçları ile ortaya konmuştur.