اختصاصی بسپار/ انتخاب میان جوشکاری صفحهداغ و جوشکاری فروسرخ برای مواد گرمانرم
بسپار/ایران پلیمر جوشکاری با صفحهداغ و جوشکاری فروسرخ از بسیاری جهات مشابه هستند، اما تفاوتهایی حیاتی وجود دارد که هنگام تصمیمگیری بین این دو روش برای جوشکاری قطعات گرمانرم باید مدنظر قرار گیرد. هر دو روش اتصال گرمانرم در صورتی که قطعات و تجهیزات بهدرستی طراحی شده باشند و فرایند جوشکاری نیز بهخوبی کنترل شود، میتوانند محصولات مستحکم و بهطور کامل درزبندیشده (hermetically sealed) ایجاد کنند. در این مقاله، جزئیات هر دو نوع فرایند جوشکاری و مزایای هر یک را بررسی خواهیم کرد.
جوشکاری صفحهداغ (Hot plate welding)
جوشکاری صفحهداغ، بهصورت ساده، فرایند گرمکردن (ذوبکردن) دو نیمهی قطعه در تماس با یک صفحهی گرمشده (heated platen) و سپس اتصال سریع آن دو قطعهی گرمشده تحت فشار یا نیروی قابل برنامهریزی برای مدتزمانی قابل برنامهریزی است. بسته به نوع مادهی گرمانرم مورد جوشکاری، پوششها و مواد صفحهی مختلفی انتخاب و استفاده میگردند. فولادهای مهندسی (engineering-grade steels) بهطور معمول برای صفحات گرمکننده بهکار میروند، همچنین آلومینیوم نیز برای کاربردهای با دمای کمتر استفاده میشود.
برای برخی از مواد گرمانرم که تمایل به چسبیدن یا ایجاد رشته در تماس فیزیکی با صفحهی گرمشونده دارند، معمولا از پوششهای خاصی برای صفحه استفاده میشود.
جوشکاری فروسرخ (Infrared welding)
جوشکاری فروسرخ مشابه جوشکاری صفحهداغ است، اما بهجای استفاده از صفحهی گرمشونده، از گسیلندههای فروسرخ (infrared emitters) بهعنوان منبع انرژی برای ذوب قطعات مورد جوشکاری استفاده میشود. این گسیلندهها میتوانند دارای پیکربندی و طول استاندارد باشند که موجب کاهش هزینه میشود، یا میتوانند بهطور اختصاصی برای کاربردهای خاص طراحی شوند. سپرهای گرمایی (heat shields) برای هدایت صحیح انرژی در بخش ذوب چرخه مورد استفاده قرار میگیرند که از بخشهای داخلی حساس و آن نواحی از قطعه که نباید ذوب شوند محافظت میکند. در جوشکاری فروسرخ، هر دو گسیلندههای کوارتز (quartz emitters) و گسیلندههای فلزبرگی (metal foil emitters) میتوانند بهعنوان منبع گرما استفاده شوند. روش جوشکاری فروسرخ با فلزبرگ، شیوهای جدیدتر از جوشکاری فروسرخ است و میتوان از آن بهعنوان یک فرایند پیشگرمایش یا نرمسازی پیش از جوشکاری ارتعاشی استفاده کرد. ادغام پیشگرمایش فروسرخ در یک جوشکاری ارتعاشی، نیازمند دانش عمیق نسبت به هر دو فرایند جوشکاری فروسرخ و ارتعاشی خواهد بود و این فرایند پرهزینه است و به کاربردهای ویژه اختصاص دارد.
هنگام طراحی برای هر یک از فرایندهای جوشکاری صفحهداغ یا جوشکاری فروسرخ، بسیار مهم است که قطعات از نظر قابلیت قرارگیری صحیح در سامانهی نگهدارنده و نیز از نظر طراحی مناسب اتصال جوش بررسی شوند. بدون بررسی و ارزیابی کامل هر دو مورد یادشده، پروژه ممکن است با تاخیر مواجه شود؛ چون پس از ساخت قالبها و ابزارها نیاز به ایجاد تغییرات خواهد بود. توانایی در محکم نگهداشتن هر نیمهی قطعه در تماس با یکدیگر و منبع گرما بسیار حیاتی است؛ بدون این امر، قطعات بهدرستی ذوب یا به یکدیگر جوش داده نخواهند شد. بسپار گرمانرم در هر دو مرحلهی ذوب و درزبندی (seal) در فرایند جوشکاری صفحهداغ بهصورت فیزیکی جابهجا میشود، درحالیکه در جوشکاری فروسرخ، جابهجایی مواد تنها در مرحلهی درزبندی اتفاق میافتد. به دلیل این تفاوتها، طراحی محصول و اتصال در قطعات میتواند بسته به روش جوشکاری انتخابشده متفاوت باشد.
هنگام درنظرگرفتن این دو نوع متفاوت جوشکاری، زمان چرخه (cycle time) نیز به یک عامل تبدیل میشود. معمولا جوشکاری صفحهداغ نسبت به جوشکاری فروسرخ فرایندی سریعتر است. مرحلهی ذوب در فرایند جوشکاری، معمولا بزرگترین تفاوت میان این دو روش است – حرکات ماشین و زمانهای درزبندی اساسا یکسان هستند. با توجه به تاثیر بر آهنگ تولید و ظرفیت کلی اثر، اتکا به یک تامینکنندهی مورد اعتماد هنگام برآورد زمانهای چرخه، حیاتی است. برای کمک به پیشبینی یا اثبات دقیق زمان چرخهی تولید، کار آزمایشگاهی یا نمونهسازی اولیه (prototype) رایج است تا زمانهای چرخه و کارکرد قطعه بهصورت کامل آزموده و تایید شوند. افزونبر قابلیت جوشکاری، برخی آزمایشگاهها همچنین تجهیزات آزمون نشت و ترکیدن را نیز شامل میشوند تا محصول مشتری را بیشتر مورد آزمون قرار دهند.
تفاوت دیگر میان این دو روش خاص اتصال پلاستیک، هزینه است. بسته به هندسهی قطعه، تعداد گسیلکنندههای (emitters) مورد نیاز و عوامل دیگر، آرایههای فروسرخ (infrared arrays) معمولا حدود ۱٫۲۵ برابر (یا بیشتر از ۱٫۲۵ برابر) هزینهی یک صفحهی گرمایشی فولادی استاندارد هستند. با این حال، در برخی کاربردها، هزینهی آرایهی فروسرخ میتواند با حذف هزینههای مکرر پوششدهی درجهای صفحهی گرمایشی یا هزینهی پارچههای قابلتعویض جبران شود.
مواد مورد جوشکاری نقش مهمی در انتخاب روش جوشکاری ایفا میکنند. پلیپروپیلن، پلیاتیلن، نایلون، ABS، POM، PBT، پلیکربنات، PET، PMMA، PPS، PS، PVC و لاستیکهای گرمانرم (thermoplastic elastomers) مانند TPE Santoprene از جمله موادی هستند که بهطور رایج با روش صفحهداغ جوشکاری میشوند. منابع برخط فهرستهای جامعتری از مواد قابل جوشکاری ارائه میدهند. بسته به ویژگیهای بسپار و نحوهی واکنش آنها به تماس با منبع گرما (مانند صفحهی گرمایشی)، میتوان تعیین کرد که کدام روش جوشکاری گرمانرم مناسبتر است. جوشکاری صفحهداغ غیرتماسی نیز گزینهای برای برخی انواع مواد است؛ در این موارد، کنترل دقیق فاصلهی صفحهی گرمایشی با قطعات در حال جوشکاری بسیار حیاتی است.
برگرداننده: مهندس زهرا آهنگ
Ahang.zahraa@gmail.com
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 280 ماهنامه بسپار که در نیمه بهمن ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
