دانستنی ها

جوشکاری پلاستیک

تقسیم بندی پلاستیک ها

پلاستیک ها را می توان در دو گروه کلی طبقه بندی کرد :

۱-ترمو پلاستیک ها (Thermoplastics)

2-پلاستیک های ترموست

ترموپلاست ها از مواد پلیمری هستند که مولکول های آنها با اندازه مختلف در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و پیوند بین زنجیر مجاور در آنها از نوع از نوع پیوند بسیار ضعیف ثانویه (واندروالس و قطبی) است.

تر موست ها با ساختار مولکولی شبکه ای و پیوند عمدتا کوالانسی شکل گرفته اند. بعضی از ترموست ها از پلیمر های هستند که زنجیرهای مولکولی آنها با حرارت یا ترکیبی از حرارت و فشار بسیاری از اتصالات عرضی شکل می گیرد و بدین ترتیب یک ساختار شبکه ای فضایی را به وجود می آورند.

این دو گروه را می توان به کمک نوع شکل گیری مجددشان پس از گرم کردن از یک دیگر تشخیص داد.

پلاستیک های ترموست را نمی توان برای تولید اشکال جدید مجددا حرارت داد و سپس به یکدیگر متصل نمود. لذا اگر این نوع پلاستیک را پس از حرارت دادن و شکل دادن اولیه سرد کردیم دیگر نمی توان آن را تحت حرارت و تغییر فرم مجدد قرار داد. این دسته از پلاستیک ها را پلاستیک های گرما سخت نیز می نامند. برخی از ترموست ها عبارتند از :

۱-اپکسی (Epoxy)

2-پلی استر (Polyester)

3-سیلیکن (Silicone)

4-کاسئین (Casein)

5-آمینورزینها (اوره- ملامین فرم آلدییدها) (Vrea‑and Melamine Formaldehydes)

ترمو پلاستیک ها را می توان به دفعات مکرر گرم کرد و تغییر فرم داد. ترمو پلاستیک ها در بسیاری از خواص از لحاظ قابلیت جوشکاری شبیه فلزات هستند. در این مورد انواع مختلف جوش ها، طرح های اتصال، انطباقات، و روش های جوشکاری (استفاده از سیم جوش و دیفوزیون اتم های مادهء جوش) همگی مشابه جوشکاری فلزات است.ترمو پلاستیک های که بیشترین کاربرد را در عملیات جوشکاری دارند عباتند از :

۱-پلی وینیل کلرید (PVC) نوع Ι

۲-پلی وینیل کلرید (PVC) نوع ΙΙ

۳-پلی اتیلن (PE)

4-پلی پروپیل (PP)

5-اکیلونیتریل _ بوتادین _ استرین (ABS)

انواع روش های اتصال پلاستیک ها

قطعات پلاستیکی را می توان با روش های مختلف به یکدیگر متصل کرد، بطور کلی می توان این روش های را در سه دسته اصلی طبقه بندی کرد که این روش ها عبارتند از :

۱-استفاده از چسب برای اتصال پلاستیک ها

۲-اتصال پلاستیک ها با روش های مکانیکی ( نظیر پیچ و مهره، پرچ و …)

۳-جوشکاری و اتصال حرارتی پلاستیک ها

انواع فرایندهای جوشکاری مورد استفاده در اتصال ترموپلاستیک ها

۱-جوشکاری با گاز داغ

۲-جوشکاری آلتراسونیک

۳-جوشکاری اصطکاکی

۴-جوشکاری با ابزارهای داغ

۵-جوشکاری القایی

۶-جوشکاری با فرکانس بالا

جوشکاری آلتراسونیک یا فراصوتی پلاستیک ها (Ultrasonic Plastic Welding ): ‏

از حدود بیست سال قبل روش جوشکاری آلتراسونیک علاوه بر اتصال قطعات پلاستیکی به ‏یکدیگر برای اتصال فلزات به پلاستیک ها و همچنین اتصال مواد نا همجنس به یکدیگر (که ‏درآن نوسانات التراسونیک نقش تسریع کننده واکنش اتصال رادارد ) مورد استفاده قرار ‏گرفته است . امروزه نیز این روش خود یک متد اساسی برای اتصال قطعات به یکدیگر به ‏حساب می آید . درجوشکاری آلتراسونیک حرارت لازم برای ذوب سطوح اتصال توسط ‏ارتعاشات فراصوتی تامین می شود . روش کار به این صورت است که ابتدا انرژی الکتریکی ‏در دستگاه مخصوصی به نوسانات مکانیکی با فر کانس زیاد تبدیل شده و سپس این نوسانات ‏توسط یک وسیله نوسان کننده ( بنام دماغه) به جسم منتقل می شود . انرژی نوسانی فوق از ‏قشرهای بالای قطعه ترموپلاستیکی عبور کرده و در سطح مشترک دو جسم متمرکز می شود ‏‏. ‏

در نتیجه این عمل حرارت لازم برای ذوب پلاستیک بوسیله اصطکاک حاصل از نوسان یک ‏سطح در مقابل سطح دیگر در موضع اتصال ایجاد می شود .‏

این حرارت سبب گداخته شدن مرز برجسته ای‎ ‎‏ که می توان آنرا عامل هدایت و تمرکز ‏انرژی نامید و نفوذ آن به داخل سطحی که به آن فشرده میشود ،می گردد .‏

باید توجه داشت که در حین عملیات بواسطه آنکه آزاد شدن انرژی تنها در نقطه اصطکاک ‏و یا موضع اتصال صورت می گیرد ، خود قطعه کاملا سرد باقی می ماند.جوشکاری ‏فراصوتی ترموپلاستیک ها با جوشکاری فراصوتی فلزات تفاوت دارد . ‏

این تفاوت ازآن جهت است که حرارت تولید شده در ترموپلاستیک برای رساندن آن به ‏دمایی بالاتر از نقطه ذوبش کافیست ، در صورتی که در فلزات چنین نیست . به همین علت ‏سطوح اتصال در این حالت بسیار تمیزو یکنواخت بوده ودر عین حال از لحاظ استحکام ‏درست مانند ماده زمینه هستند . نظر به اینکه نرخ انتقال نوسان در مواد مختلف متفاوت است ، ‏موفقیت یا عدم موفقیت در عملیات جوشکاری آلتراسونیک به میزان انتقال نوسان توسط ‏پلاستیک مورد اتصال بستگی زیادی دارد .‏

موادی که به طریقه آلتراسونیک قابل جوشکاری هستند عبارتند از : آکریلیک ها ،استال ها ، ‏پلی الفین ها ، پلی آمیده ها ، پلی کربنات ها ، پلی استیون ، پلی سولفون ،‏ABS،وغیره .لازم ‏به ذکر است که ضخامت مواد فوق باید از۰۲۵/۰ تا ۲۵۴/۰ میلیمتر باشد .‏

تجهیزات وابزارهای جوشکاری آلتراسونیک (فراصوتی ) :‏

تجهیزاتی که در جوشکاری آلتراسونیک پلاستیک ها مورد استفاده قرار می گیرند شامل ‏موارد زیر است :‏

۱-منبع نیرو برای تبدیل جریان ‏HZ‏ ۶۰ به جریان ‏HZ‏ ۲۰۰۰۰

۲-مبدلی که جریان ‏HZ‏ ۲۰۰۰۰ را از منبع نیرو گرفته و آنرا به نوسانات مکانیکی با همان ‏فرکانس تبدیل کند .( ترانس دیوسری از جنس سرب ، زیرکونیوم ،تیتانیوم)‏

۳-دماغه ای که :‏

-نوسانات دریافتی از مبدل را تشدید کرده و

-این نوسانات را از مبدل به ترموپلاستیک منتقل کند .‏

۴-تایمر برای کنترل :‏

-زمان جوشکاری = زمانی که طول می کشد تا انرژی وارد قطعه کار شود .‏

-زمان نگه داشتن = زمانی که طی آن قطعه تحت فشار نگه داشته می شود .‏

‏۵-پایه ای برای نگه داشتن دماغه به طوریکه در تماس با قطعه کار پلاستیکی باشد. ‏

۶-گیره نگهدار قطعه کار .‏

به طور کلی برای تنظیم قطعات مورد اتصال و پیشگیری ازحرکت احتمالی آنها در حین ‏جوشکاری استفاده از گیره های نگهدارنده ضروری است . در صورتیکه قطعات را با گیره ‏محکم نکنیم بواسطه حرکت احتمالی شان توسط دماغه آسیب می بینند .باید توجه داشت که ‏عدم تساوی فشار بر روی قطعات مورد اتصال موجب ایجاد یک جوش نا مطلوب خواهد شد ‏‏.‏

دستگاهی که برای جوشکاری آلتراسونیک ترموپلاستیک ها مورد استفاده قرار می گیرد ، در ‏این دستگاه ولتاژ ۱۱۵ یا ۲۲۰ ولت برق ‏AC‏ به ۲۰ کیلو هرتز انرژی الکتریکی تبد یل می ‏شود .‏

‏این انرژی الکتریکی به کمک یک مبدل که در داخل دستگاه تعبیه شده است به انرژی ‏نوسانات مکانیکی تبدیل می شود ، سپس انرژی نوسانی قبل از آنکه به سطوح مورد اتصال ‏منتقل شود به دماغه می رسد و در آنجا تشدید می گردد . ‏

بر حسب موارد کاربرد دماغه ها می توان از طرح های مختلف آن استفاده نمود . سه نوع ‏اصلی دماغه عبارتند از : ‏

۱-دماغه های استاندارد ‏

۲-دماغه های غیر استاندارد

۳-دماغه های کاهنده_افزاینده ‏

روش های جوشکاری آلتراسونیک :‏

روش های مختلف جوشکاری آلتراسونیک را می توان به دو گروه اصلی زیر طبقه بندی ‏کرد :

۱-جوشکاری اتصالی ‏

۲-جوشکاری انتقالی ‏

مزایای استفاده از جوشکاری آلتراسونیک:‏

۱-دراین فرآیند اتلاف حرارت بسیار کم بوده و درمواقعی که این مزیت اهمیت زیادی ‏داشته باشد این روش بسیار مفید است .‏

۲-جوشکاری آلتراسونیک باسرعت زیاد را می توان بر موادی با ضخامت ۰۲۵/۰ تا۲۵۴/۰ ‏میلیمتر اعمال نمود .‏

‏۳-این روش سبب ایجاد هیچگونه خرابی و تو رفتگی درقطعه نمی شود در مواردی که علائم ‏خرابی وتو رفتگی نباید به هیچ وجه در قطعه دیده شود ،اهمیت این فرآیند مشخص ترمی ‏شود .‏

۴-در این فرایند امکان استفاده از سیستم های تمام اتوماتیک وجود دارد .‏

جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding ) :

این روش اولین بار در سال ۱۹۴۲ توسط هنینگ برای اتصال لب به لب پلاستیک های PVC ارائه شد . در این روش برای اتصال سطوح از اصطکاک وفشار به طور همزمان استفاده می شود . جوشکاری اصطکاکی اصطلاحی است برای بیان اتصالی که مستقیما در نتیجه حرارت تولید شده بواسطه مالش دو سطح به یکدیگر ایجاد می شود . بدین ترتیب حرارت تولید شده دو سطح ترموپلاستیکی را ذوب کرده و با اعمال فشار بعدی حرکت این مجموعه متوقف می شود، در پایان پس از سرد شدن نمونه آن را از دستگاه پیاده می کنند .

معمول ترین نوع جوشکاری اصطکاکی که درحال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد جوشکاری تصطکاکی چرخان است . این تکنیک شامل چرخاندن یک قطعه در مقابل قطعه دیگری از مجوعه که به طور ثابت نگه داشته شده است ،می باشد . سرعت و فشار همزمان منجر به تولید حرارت اصطکاکی شده و این حرارت صرف ذوب کردن سطوح مجاور می گردد .

مزایای جوشکاری اصطکاکی چرخان:

۱-این روش بسیار سریع بوده و سیکل جوشکاری می تواند در زمان کوتاهی از ۳۰تا ۴۵ ثانیه کامل شود .

۲-این روش بسیار اقتصادی است چون می توان آنرا به کمک ماشین های استانداردی که در اغلب کارگاه ها پیدا می شود ( از قبیل ماشین تراش و یا دستگاه های مشابه ) انجام داد و وسایل لازم برای آن معمولا بسیار ساده و ارزان هستند .

۳-این یک روش بسیار عالی برای جوشکاری مواد ترموپلاستیکی است که در دماهای بالا دچار اکسیداسیون می شوند ، چون دو سطح مورد جوش در تمام مدت عملیات در تماس با یکدیگر بوده ومقدارکمی از ماده بواسطه اعمال فشار از درز جوش بیرون زده واکسیداسیون بسیار ضعیفی در جوش ایجاد می شود .

۴-چون هیچگونه حلال ، چسب ، سیم جوش و دیگر مواد خارجی در این عملیات بکار نمی رود اتصال حاصله دارای همان خواص ماده زمینه است .

محدودیت های جوشکاری اصطکاکی چرخان:

۱-وجود محدودیت هایی برای ایجاد اتصال درقطعات غیر مدور ، در بسیاری موارد این محدودیت ها را می توان با طراحی موضع جوش به صورت مقطعی مدور ازیک قطعه غیر مدور بر طرف نمود .

۲-در بسیاری موارد برای ایجاد یک جوش بد چند جرقه مرئی کافیست ،این زیان را می توان با تغییر طرح اتصال برطرف نمود و اجازه داد که جرقه در مقاطع یا سطوح پنهان جسم ایجاد شود .

جوشکاری پلاستیک ها توسط ابزارهای داغ :

در روش جوشکاری با ابزارهای داغ با استفاده از یک منبع حرارتی (مثل هیتری با نوارهای الکتریکی ، صفحات داغ ،میله های حلقه ای شکل یا هویه) قطعات پلاستیکی را تا دمای ذوبشان گرم میکنند .

بعد قطعات را در تماس با یکدیگر ودر فاصله ۳ میلیمتری از ابزار داغ قرار می دهند . وقتی که سطوح مورد جوش ذوب شدند منبع حرارتی را از موضع جوش دور کرده و با اعمال فشار کمی قطعات را به سرعت به یکدیگر متصل کرده وآنقدر در این حالت نگه می دارند تا محل اتصال خنک شود. تمام فرایند خیلی سریع صورت گرفته و با اعمال فشار کمی از ۵ تا۱۵psi  حدود ۵ تا ۱۵ ثانیه طول می کشد.

یکی از مهمترین فاکتورها در فرآیند جوشکاری قطعات با استفاده از ابرارهای داغ زمان لازم برای دور کردن قطعه از ابزار داغ و اعمال فشار بعدی آن است . این مدت باید تا حد امکان کوتاه انتخاب شود(یک الی دو ثانیه ) چون یک تاخیر کوتاه دراین لحظه منجر به ایجاد جوش ضعیفی خواهد شد .

تجهیزات و ابزارهای لازم در جوشکاری پلاستیکها با ابزارهای داغ:

سطح فلزی ابزارهای داغی که در این روش جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند معمولا از جنس فولاد یا پوشش نیکل یا آلومینیوم یکپارچه است . منبع حرارت مورد استفاده اغلب الکتریکی بوده البته در برخی موارد دستگاههای سیاری برای حرارت دادن طراحی شده است که از شعله اکسی استیلن یا پروپان استفاده می کنند.

کوششهای زیادی شده تا با استفاده از روانساز ها یا عوامل واسطه ای از چسبیدن قطعات به ابزارهای داغ جلوگیری شود . اما این تلاش ها تاثیر چندانی نداشته و ثابت شده است که جوش هایی که به طریق فوق ایجاد میشوند مرغوبیت کمتری نسبت به جوشهایی که بدون استفاده از روانساز یا عوامل واسطه ای ایجاد شده اند، دارند.

شرایط جوشکاری با ابزارهای داغ :

دمای ابزارهای داغ باید دقیقا کنترل شده و در صورتیکه از سیستم هدایت مستقیم حرارت استفاده شود باید دمای آنرا در برد حرارتی بالاتر از ۲۰۰ تا ۳۷۰ درجه تعدیل نمود . هنگامی که حرارت به طریقه تشعشعی منتقل میشود باید از دماهای تا ۵۴۰ درجه استفاده نمود .

اگر حرارت را بالاتر از برد حرارتی فوق ببریم ممکن است به سوختن و تجزیه پلیمر و در نتیجه تضعیف جوش حاصله بیانجامد .

کاربردهای جوشکاری با ابزارهای داغ :

سود مندی این روش را می توان با کمک این حقیقت بیشتر آشکار نمود که در یک روند تدریجی بیش از ۳۳۰۰۰۰ متر خطوط فاضلاب آلمان با این متد ساخته شده است ودر آمریکا نیز در حدود۵۰۰۰۰ متر لوله های پلی اتیلنی با دانسیته بالا که مستلزم ۴۰۰۰ اتصال می باشند با همین روش رویهم سوار شده اند.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *