مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
موفقیت روش جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، در اصل ایجاد دمای مناسب در سطح حرارت دهی شده و ایجاد زمان مناسب برای اتصال دهی خوب بین دو زیرلایه، می باشد. ابزار مورد استفاده نیز باید انرژی مناسبی برای ایجاد یک سطح مذاب را داشته باشد. قطعات بر روی سطح ابزار حرارت داده شده، فشار داده می شود تا عملیات ذوب به خوبی انجام شود. برای جلوگیری از بوجود آمدن کرنش، فشار اعمال شده بر روی قطعات باید برای یک دوره ی زمانی پیش از حذف اتصال، رهاسازی شود. در این حالت، زمان حرارت دهی و سرد شدن، در نظر گرفته شود. تنظیم بخش ها نیز باید پیش از سرد شدن مذاب پلاستیکی، انجام شود. ضخامت لایه ی مذاب نیز یک عامل تعیین کننده در استحکام جوشکاری است. ابعاد نیز معمولاً از طریق استفاده از بخش های خاصی بر روی بخش حرارت دهی و ثابت کردن، کنترل می شود. در صورتی که اتصال پهن تر از یک چهارم اینچ، باشد، قطعات حرارت داده شده باید در طی فرایند ثابت کردن بر روی هم لغزانیده شود تا بدین صورت از خروج هوا از دخل اتصال، اطمینان حاصل شود.
جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، برای اکثر مواد ترموپلاست، مناسب می باشد اما این روش در بیشتر موارد در اتصال دهی ترموپلاست های نرم تر و شبه کریستالی، استفاده می شود. زیرلایه های پلاستیکی متداولی که برای استفاده در این روش مناسب هستند، عبارتند از پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، ABS، PVC و استال ها. معمولاً جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، برای نایلون و سایر موادی که دارای زنجیره های پلیمری طویل هستند، مناسب نیست. مواد پلاستیکی که درای دمای ذوب مختلفی هستند را می توان بوسیله ی دو ابزار حرارت داده شده، حرارت دهیم.
جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، می تواند بدون انجام هیچ عملیات سطحی و یا با انجام عملیات سطحی اندک بر روی نمونه ها انجام شود. این مسئله در واقع به استحکام و دوام مربوط به یک کاربرد خاص، وابسته می باشد. عموماً چربی گیری سطحی برای حذف آلودگی های آلی سطحی و مواد مورد استفاده برای سهولت رهایش ماده از قالب، نیز ضروری می باشد. زبرسازی مکانیکی و یا عملیات شیمیایی سطح هیچ مزیتی برای این روش ندارد زیرا در واقع این سطوح ذوب می شوند و یک سطح جدید تشکیل می شود. قطعات پلاستیکی که دارای رزوبت داخلی بالایی هستند، ممکن است پیش از حرارت دهی، خشک شوند و یا رطوبت از سطح مذاب تبخیر شده و موجب تشکیل حباب های بخار می شود.
هیترهای نواری الکتریکی، قطعات آهنی لحیم کاریی، صفحات گرم و پره های مقاومتی روش های متداول در مهیا کردن حرارت دهی ناحیه ای می باشد. معمولاً سطح این ابزارها با فلئوروکربن هایی مانند PTFE پوشش دهی می شود تا بدین صورت، از چسبیدن قطعات پلیمری به آنها، جلوگیری به عمل آید. یک صفحه ی گرم ساده به طور گسترده ای در بسیاری از کاربردها، استفاده می شود. شکل 1 نشاندهنده ی یک آرایه برای حرارت دهی مستقیم می باشد که شامل صفحات حرارت دهی و اتصالات مربوطه می باشد. قطعات در برابر صفحات گرم نگهداشته می شوند تا سطح آنها به صورت مناسب حرارت ببیند و ذوب شود. وقتی ماده ی پلاستیکی ذوب می شود، پره بالا می آید و صفحات به سمت هم فشرده می شوند. جدول 1 لیستی از دماهای مختلف مورد استفاده برای انواع مختلف پلاستیک ها را نشان می دهد.
عملیات جوشکاری حرارتی مستقیم می تواند به طور کامل دستی انجام شود (مثلا در تولید چند نمونه ی آزمایشی) و یا نیمه اتوماتیک و اتوماتیک باشد. برای مونتاژ اتوماتیک، ماشین های چرخنده ای مورد استفاده قرار می گیرند که از بخش های مجزا برای هر فرایند تشکیل شده اند. این بخش ها، عبارتند از بخش تثبیت، حرارت دهی، اتصال دهی و سرد کردن و خارج شدن نمونه.
چرخ های حرارت داده شده و نوارهای پیوسته ی حرارت دهی، ابزارهای متداولی برای اتصال دهی صفحات و فیلم های نازک پلیمری می باشد. یک چنین ابزارهایی در بسیاری موارد برای اهداف آب بندی مانند بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند. باید مراقب باشیم، مخصوصاٌ برای لایه های نازک. علت این مسئله، این است که فشار زیاد و یا حرارت موجب تخریب این بخش ها می شود. این مسئله در حقیقت می تواند منجر به ذوب شدن پلاستیک شود. جدول 2 گستره ی دمای حرارت دهی و آب بندی مربوط به لایه های پلاستیکی را نشان می دهد.
جوشکاری با ابزارهای حرارت داده شده، به طور متداول در صنایع متوسط و بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد و دارای مزیت سادگی و سرعت اتصال دهی بالاست. صنایع هوایی و اتومبیل، به طور متداول از این روش استفاده می کنند. زمان های جوشکاری بین 10 تا 20 ثانیه برای قطعات کوچک و تا 30 دقیقه برای قطعات بزرگ، مورد نیاز می باشد. به هر حال، سیکل زمانی نمونه وار برای اتصال دهی با این روش، 60 ثانیه است. اگر چه جوشکاری با ابزارهای حرارت داده شده، سریع تر از اتصال دهی با چسب است، این روش نسبت به روش های جوشکاری دیگر مانند روش التراسونیک و یا القایی، سرعت کمتری دارد.
فرایند جوشکاری حرارتی مستقیم به طور گسترده ای برای اتصال دهی لوله و داکت، میله و لایه های نازک، مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال، سطوح بی نظم به سختی حرارت داده می شوند، مگر آنکه ابزارهای پیچیده تری مورد استفاده قرار گیرد. پیکربندی های ابزاری خاصی می تواند برای اتصال دهی هر پروفایلی مورد استفاده قرار گیرد. در کاربردهای خاص، حرارت دهی مستقیم می تواند همچنین برای شکل دهی اتصال نیز استفاده شود. برای مثال، در مورد لوله ها، یک روش به نام جوشکاری شیاری اغلب مورد استفاده قرار می گیرد. در جوشکاری شیاری، دو المان حرارت دهی، وجود دارد. یک المان موجب ذوب شدن یگ شیار در یک زیرلایه می شود که دقیقا مشابه شکل بخش پلاستیکی است. المان دیگر لبه ی زیرلایه ی ثابت را گرم می کند. بخش حرارت داده شده، سریعا از محل خارج می شود و به اتصال زمان داده می شود تا سرد شود.
جوشکاری با گاز گرم
یک تفنگ جوشکاری می تواند برای اتصال دهی بسیاری از مواد ترموپلاست، مورد استفاده قرار گیرد. یک المان حرارت دهی الکتریکی در تفنگ جوشکاری وجود دارد که قابلیت حرارت دهی با هوای فشرده و یا گاز خنثی را در دمایی بین 425 تا 700 فارنهایت را دارا می باشد. در واقع این بخش قابلیت دمیدن هوای گرم به سطح زیرلایه را دارا می باشد. قطعات اتصال یافته، به خوبی در کنار هم قرر گرفته و تنها یک شکاف کوچک بین آنها، وجود دارد. یک میله ی جوشکاری از همان پلاستیک، در این اتصال در حال حرکت است و پس از ذوب شدن در میان شکاف واقع می شود (شکل 2). صفحات نازک نیز می توانند با این شیوه، به هم متصل شوند. این صفحات می تواند آستر مربوط به تانک های ذخیره سازی باشند. نوار جوشکاری بر بالای اتصال حرکت کرده و جوشکاری به خوبی انجام می شود (شکل 3). معمولاً قطعات اتصال یافته، بوسیله ی اتصالاتی بی حرکت نگه داشته می شوند به نحوی که آنها در طی جوشکاری حرکت نکنند و جوش به خوبی سرد شود. همچنین قطعات می توانند ابتدا با یک ابزار مشابه ابزار لحیم کاری، بر روی هم قرار داده شوند.
جوشکاری با گاز گرم، معمولاً یک عملیات دستی است که در آن، کیفیت اتصال با مهارت و تجربه ی اپراتور، ارتباطی مستقیم دارد. به هر حال، ماشین های جوشکاری اتوماتیک موجود می باشند و برای اتصال دهی غشاها و بخش های مختلف، استفاده می شوند. در هر مورد، استحکام اتصال باید حداقل 85 % استحکام ماده ی بالک باشد. جوشکاری با گاز گرم یک عملیات نسبتاً سریع است. این روش برای جوشکاری نوارهای یک اینچی، سرعتی معادل 60 اینچ بر دقیقه دارد. این روش می تواند برای ترمیم قطعات آسیب دیده نیز مورد استفاده قرار گیرد.
جوشکاری گاز گرم می تواند برای اتصال هایی استفاده شود که ترموپلاست باشند. ترموپلاست هایی مانند پلی پروپیلن، پلی اتیلن، اکریلونیتریل بوتادین استایرن، پلی وینیل کلرید، پلی یوریتان ترموپلاست، پلی اتیلن دانسیته بالا، پلی آمیدها، پلی کربنات و پلی متیل متا اکریلات، مورد استفاده قرار گیرد. برای پلی اولفین ها و سایر پلاستیک هایی که به سادگی اکسید می شوند، گاز حرارت دهنده باید خنثی باشد (نیتروژن یا آرگون) زیرا هوای گرم موجب اکسید شدن سطح پلاستیک می شود.
پارامترهای فرایندی که مسئول استحکام در جوشکاری هوای گرم هستند، عبارتند از نوع پلاستیک جوشکاری شده، دما و نوع گاز مورد استفاده، فشار میله ی اعمال جوش، آماده سازی نمونه پیش از جوشکاری و مهارت جوشکار. بعد از جوشکاری، اتصال نباید تا چند ساعت تحت تنش قرار گیرد این مسئله در اصل برای پلی اولفین ها، نایلون و پلی فرمالدهیدها، نمود بیشتری دارد. جوشکاری هوای گرم برای مواد حاوی پرکننده ای که ضخامت کمتر از یک شانزدهم اینچ دارند، توصیه نشده است. طراحی اتصال های مورد استفاده در این روش، در شکل 4 قابل مشاهده می باشد.
به صورت ایده آل، میله ی جوشکاری باید دارای سطح مقطعی سه گوش باشد تا بدین صورت با اتصال جفت شود. یک اتصال می تواند با یک بار عبور میله پر شود و این مسئله موجب صرفه جویی در زمان و هزینه ها می شود. میله های جوشکاری پلاستیکی از انواع مختلف و سطوح مقطع مختلف در بازار موجود می باشند. به هر حال، این ممکن است که میله ی جوشکاری را از برش صفحات پلیمری بدست آوریم. اگر چه این مسئله نیازمند اعمال فرایند ثانویه می باشد.
جوشکاری با گاز گرم می تواند برای اتصال دهی، آب بندی و تعمیر انواع مختلفی از محصولات بکار گرفته شود. بیشتر کاربردها معمولاً مربوط به کاربردهای مونتاژ ساختمانی بزرگ می باشد. جوشکاری با گاز گرم، در اغلب موارد در کارهای صنعتی مانند تعمیر تانک های ذخیره سازی مواد شیمیایی و مونتاژ اتصالات لوله ای، استفاده می شود. این سیستم، سیستم ایده آل برای تولیدکننده های کوچک و یا برای هر فردی است که به دنبال یک سیستم ارزان قیمت اتصال دهی می باشد. این نوع از جوش، شاید نسبت به انواع جوش دیگر، جذاب نباشد اما فرایند سریع و استحکام اتصال بالا با استفاده از این روش، قابل حصول می باشد.
یکی دیگر از اشکال جوشکاری گاز گرم، روش جوشکاری اکسترودری است. در این فرایند، یک اکسترودر به جای تفنگ گاز گرم، استفاده می شود. ماده ی جوشکاری مذاب به صورت پیوسته از اکسترودر خارج می شود و حفره ی میان دو زیرلایه را پر می کند. کفشک جوشکاری سپس بر روی بخش اکسترود شده، اعمال می شود و بدین شکل، ماده ی جوشکاری در محل مناسب قرار می گیرد. مزیت اصلی مربوط به جوشکاری اکسترودری فشاری است که می تواند به اتصال اعمال کرد. این مسئله موجب افزایش پیوستگی و کیفیت اتصال می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، برای اکثر مواد ترموپلاست، مناسب می باشد اما این روش در بیشتر موارد در اتصال دهی ترموپلاست های نرم تر و شبه کریستالی، استفاده می شود. زیرلایه های پلاستیکی متداولی که برای استفاده در این روش مناسب هستند، عبارتند از پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، ABS، PVC و استال ها. معمولاً جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، برای نایلون و سایر موادی که دارای زنجیره های پلیمری طویل هستند، مناسب نیست. مواد پلاستیکی که درای دمای ذوب مختلفی هستند را می توان بوسیله ی دو ابزار حرارت داده شده، حرارت دهیم.
جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، می تواند بدون انجام هیچ عملیات سطحی و یا با انجام عملیات سطحی اندک بر روی نمونه ها انجام شود. این مسئله در واقع به استحکام و دوام مربوط به یک کاربرد خاص، وابسته می باشد. عموماً چربی گیری سطحی برای حذف آلودگی های آلی سطحی و مواد مورد استفاده برای سهولت رهایش ماده از قالب، نیز ضروری می باشد. زبرسازی مکانیکی و یا عملیات شیمیایی سطح هیچ مزیتی برای این روش ندارد زیرا در واقع این سطوح ذوب می شوند و یک سطح جدید تشکیل می شود. قطعات پلاستیکی که دارای رزوبت داخلی بالایی هستند، ممکن است پیش از حرارت دهی، خشک شوند و یا رطوبت از سطح مذاب تبخیر شده و موجب تشکیل حباب های بخار می شود.
هیترهای نواری الکتریکی، قطعات آهنی لحیم کاریی، صفحات گرم و پره های مقاومتی روش های متداول در مهیا کردن حرارت دهی ناحیه ای می باشد. معمولاً سطح این ابزارها با فلئوروکربن هایی مانند PTFE پوشش دهی می شود تا بدین صورت، از چسبیدن قطعات پلیمری به آنها، جلوگیری به عمل آید. یک صفحه ی گرم ساده به طور گسترده ای در بسیاری از کاربردها، استفاده می شود. شکل 1 نشاندهنده ی یک آرایه برای حرارت دهی مستقیم می باشد که شامل صفحات حرارت دهی و اتصالات مربوطه می باشد. قطعات در برابر صفحات گرم نگهداشته می شوند تا سطح آنها به صورت مناسب حرارت ببیند و ذوب شود. وقتی ماده ی پلاستیکی ذوب می شود، پره بالا می آید و صفحات به سمت هم فشرده می شوند. جدول 1 لیستی از دماهای مختلف مورد استفاده برای انواع مختلف پلاستیک ها را نشان می دهد.
فرایند جوشکاری حرارتی مستقیم به طور گسترده ای برای اتصال دهی لوله و داکت، میله و لایه های نازک، مورد استفاده قرار می گیرد. به هر حال، سطوح بی نظم به سختی حرارت داده می شوند، مگر آنکه ابزارهای پیچیده تری مورد استفاده قرار گیرد. پیکربندی های ابزاری خاصی می تواند برای اتصال دهی هر پروفایلی مورد استفاده قرار گیرد. در کاربردهای خاص، حرارت دهی مستقیم می تواند همچنین برای شکل دهی اتصال نیز استفاده شود. برای مثال، در مورد لوله ها، یک روش به نام جوشکاری شیاری اغلب مورد استفاده قرار می گیرد. در جوشکاری شیاری، دو المان حرارت دهی، وجود دارد. یک المان موجب ذوب شدن یگ شیار در یک زیرلایه می شود که دقیقا مشابه شکل بخش پلاستیکی است. المان دیگر لبه ی زیرلایه ی ثابت را گرم می کند. بخش حرارت داده شده، سریعا از محل خارج می شود و به اتصال زمان داده می شود تا سرد شود.
جوشکاری با گاز گرم
یک تفنگ جوشکاری می تواند برای اتصال دهی بسیاری از مواد ترموپلاست، مورد استفاده قرار گیرد. یک المان حرارت دهی الکتریکی در تفنگ جوشکاری وجود دارد که قابلیت حرارت دهی با هوای فشرده و یا گاز خنثی را در دمایی بین 425 تا 700 فارنهایت را دارا می باشد. در واقع این بخش قابلیت دمیدن هوای گرم به سطح زیرلایه را دارا می باشد. قطعات اتصال یافته، به خوبی در کنار هم قرر گرفته و تنها یک شکاف کوچک بین آنها، وجود دارد. یک میله ی جوشکاری از همان پلاستیک، در این اتصال در حال حرکت است و پس از ذوب شدن در میان شکاف واقع می شود (شکل 2). صفحات نازک نیز می توانند با این شیوه، به هم متصل شوند. این صفحات می تواند آستر مربوط به تانک های ذخیره سازی باشند. نوار جوشکاری بر بالای اتصال حرکت کرده و جوشکاری به خوبی انجام می شود (شکل 3). معمولاً قطعات اتصال یافته، بوسیله ی اتصالاتی بی حرکت نگه داشته می شوند به نحوی که آنها در طی جوشکاری حرکت نکنند و جوش به خوبی سرد شود. همچنین قطعات می توانند ابتدا با یک ابزار مشابه ابزار لحیم کاری، بر روی هم قرار داده شوند.
جوشکاری گاز گرم می تواند برای اتصال هایی استفاده شود که ترموپلاست باشند. ترموپلاست هایی مانند پلی پروپیلن، پلی اتیلن، اکریلونیتریل بوتادین استایرن، پلی وینیل کلرید، پلی یوریتان ترموپلاست، پلی اتیلن دانسیته بالا، پلی آمیدها، پلی کربنات و پلی متیل متا اکریلات، مورد استفاده قرار گیرد. برای پلی اولفین ها و سایر پلاستیک هایی که به سادگی اکسید می شوند، گاز حرارت دهنده باید خنثی باشد (نیتروژن یا آرگون) زیرا هوای گرم موجب اکسید شدن سطح پلاستیک می شود.
جوشکاری با گاز گرم می تواند برای اتصال دهی، آب بندی و تعمیر انواع مختلفی از محصولات بکار گرفته شود. بیشتر کاربردها معمولاً مربوط به کاربردهای مونتاژ ساختمانی بزرگ می باشد. جوشکاری با گاز گرم، در اغلب موارد در کارهای صنعتی مانند تعمیر تانک های ذخیره سازی مواد شیمیایی و مونتاژ اتصالات لوله ای، استفاده می شود. این سیستم، سیستم ایده آل برای تولیدکننده های کوچک و یا برای هر فردی است که به دنبال یک سیستم ارزان قیمت اتصال دهی می باشد. این نوع از جوش، شاید نسبت به انواع جوش دیگر، جذاب نباشد اما فرایند سریع و استحکام اتصال بالا با استفاده از این روش، قابل حصول می باشد.
یکی دیگر از اشکال جوشکاری گاز گرم، روش جوشکاری اکسترودری است. در این فرایند، یک اکسترودر به جای تفنگ گاز گرم، استفاده می شود. ماده ی جوشکاری مذاب به صورت پیوسته از اکسترودر خارج می شود و حفره ی میان دو زیرلایه را پر می کند. کفشک جوشکاری سپس بر روی بخش اکسترود شده، اعمال می شود و بدین شکل، ماده ی جوشکاری در محل مناسب قرار می گیرد. مزیت اصلی مربوط به جوشکاری اکسترودری فشاری است که می تواند به اتصال اعمال کرد. این مسئله موجب افزایش پیوستگی و کیفیت اتصال می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
