وبلاگ

جوش پلاستیک چیست؟

تاریخچه پلاستیک‌ ها

اولین بار در سال 1862 برادران هایت موفق به تولید سلولوئید شدند و در حدود چهل سال بعد شخصی بنام باکلند موفق به تولید باکلیت شد. در حد فاصل سالهای 1921 تا 1928 بعضی از انواع نایلون‌ها و همچنین اوره – فرمالدئید و … به بازار عرضه شد و در سال 1934 پلی و نییل کلرید (PVC) در میزان تجاری جهت ساخت محصولات مختلف روانه بازار شد. اما مهمترین دوره پیشرفت پلاستیکها در دهه 1950 و در دهه 1960 اتفاق افتاد که در آن زمان اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیک با خواصل و کاربردهای متنوع نقطه عطفی در این صنعت نام گرفت. در این زمان اختراع تولید انواع مختلف پلاستیک با خواص و کاربردهای متنوع اتفاق افتاد که در آن زمان اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیک با خواص و کاربردهای متنوع نقطه عطفی در این صنعت نام گرفت. در این زمان دانشمندانی چون زیگلر از آلمان و یا ناتا از ایتالیا اصول و روشهای پلیمریزاسیون را روشن کردند و باعث پیدایش تکنولوژی نوینی در جهت ساخت پلیمرهای مختلفی همچون خانواده پلی اتیلن‌ها و پلی پروپیلن‌ها و پلی اترها و اپوکسی ها و … شدند . اگر بخواهیم اسمی از اولین پلاستیک ساخته شده بشر نام ببریم باید به سلولز نیترات اشاره کنیم که اولین پلاستیک تجاری بود که به بازار عرضه شد ولی به دلیل ضعف‌هایی که داشت از جمله قابل اشتعال بون زیاد و در نتیجه خطرناک بودن این پلاستیک، تحقیقات برای جایگزین کردن نوع پلاستیک دیگری که این ضعف را نداشته باشد توسط پروفسور مایلز به تولید پلاستیک سلولزاستات منجر شد که این محصول بازار خوبی را کسب کرد. توسعه گرمانرم های PVC و PE کمک بزرگی به متفقین در جنگ جهانی دوم نمود و این امر باعث شتاب تحقیقات در زمینه پلاستیکها در این کشورها شد و در نتیجه پلی استر غیر اشباع، پلی استایرین و اپوکسی کشف شد و به یکباره توجه به صنعت پلاستیک جلب شد.در دهه 1960 نه تنها رشد سریع پلاستیکهای گرما نرم مثل PVC ، PE ، PP ، PS شکل گرفت بلکه دهه ظهور پلاستیک سوپر مثل پلی کربنات، پلی استال فنوکسی‌ها، پلی فنیلین اکسید نیز نام گرفته این پلاستیکها را که مخصوص می‌باشند معمولاً پلاستیکهای مهندسی می‌نامند که به عنوان جایزگین آلیاژهای فلزی در مقایس صنعتی پذیرفته شده‌اند.
در حال حاضر با توجه به پیشرفت های جدید در صنایع خودرو سازی و یا لوازم خانگی، ساخت قطعات پلاستیکی بخاطر کاهش وزن و افزایش بازدهی، جایگزین مناسبی برای قطعات فلزی شده‌اند. امروزه از انواع پلاستیکهای پلیمری در بازار در حدود 70 درصد آنها مختص به چهار گروه PVC ، PP , PE و پلیمرهای نوع پلی استایرنی (PS) می باشد برای تولید این چهار زمینه کالا رقابت شدیدی بین شرکتهای شیمیایی مونسافتو، شرکت داو، شل، یونیون کار باید و شرکت پونت و بی‌اف گودریچ و اکسون و فیلپس وجود دارد. در موارد خاصی نیز پلاستکیهای خاص توسط یک یا دو تولید کننده تولید می شوند و جنبه رقابتی بودن از بین می رود.

جوش پلاستیک چیست ؟

جوشکاری و اتصال حرارتی پلاستیکها

قطعات پلاستیکی را می توان به روش های مختلف بر روی هم سوار کرد. بطور کلی این روشها در 3 گروه طبقه بندی می شوند که عبارتند از:
1- چسباندن پلاستیک‌ها بر روی هم.
2- سوار کردن قطعات پلاستیکی به طریقه مکانیکی.
3- جوشکاری و اتصال حرارتی پلاستیکها

در فرآیند چسباندن قطعات پلاستیکی سطوحی را که قرار است بهم چسبانده شوند بالایه‌ای از چسب پوشانده و سپس آنها را روی هم گذاشته و با اعمال فشار متوسطی به یکدیگر می چسبانند. نوع چسب مورد استفاده در هر حالت بستگی به نوع ماده‌ای دارد که قرار است چسبانده شود.

ایجاد اتصال با چسباندن

ایجاد اتصال از طریق چسباندن یکی از راههای موثر مونتاژ پلاستیکها در سرعتهای بالا است. این اتصال باعث آمیختن مولکولهای بین قطعات نمی شود. بلکه قطعات را به یکدیگر می‌چسباند. چسباندن چوب ، کاغذ و فلزات نمونه‌هایی از این نوع اتصال می‌باشد. چسبهای مذاب داغ نمونه‌هایی از این مواد هستند که با سرد شدن سخت می¬شوند. در این بحث هیچ تمایزی بین چسبهای دائمی، موقت یا جدا شونده نخواهد بود . همه آنها به عنوان موادی که باعث چسبندگی سطح قطعات به یکدیگر می شوند مورد توجه خواهند بود. چسبها در صنایع اتومبیل، نساجی، هوافضا، ساختمان، بسته بندی و الکترونیک استفاده می شود.

چسبندگی امتزاجی

در اتصالات چسبندگی امتزاجی مولکولهای بین قطعات با یکدیگر آمیخته می شوند. سطوحی از قطعات که به یکدیگر متصل می شوند باید قبلاً بوسیله حرارت یا حلال، نرم یا روان شوند چسبندگی امتزجی نوع چسبندگی شیمیایی است که قطعات را کنار هم نگه می دارد. پیوند با ملات حل کننده، پیوند چرخشی، پیوند جوشکاری با گاز داغ، پیوند با کمک ابزار داغ، پیوند ضربه‌ای ، پیوند دی الکتریک، پیوند ماورای صوت، و پیوند الکترو مغناطیسی روشهایی از چسبندگی امتزاجی می باشند.

پیوند ملاتی

ملاتهای حل کننده و ملاتهای چسبناک دو نوع ملاتی هستند که کاربرد رایجی دارند . ملاتهای حل کننده حلالها یا مخلوطهایی از حلالها هستند که مواد را حل نموده و سپس با تبخیر حلال، مواد در یکدیگر روان شده و می‌امیزند. ملاتهای غلیظ که گاهی ملاتهای لایه‌ای یا مخلوطهای حلالی نیز خوانده می شوند. متشکل از حلالها و مقایدر کمی از پلاستیکهایی هستند که باید به یکدیگرمتصل شوند. این ملات ماده ویسکوزی است که پس از خشک شدن لایه نازکی از پلاستیکهای مادر را در محل اتصال باقی می گذارد.
ایجاد پیوند با ملات حل کننده فقط برای بعضی پلاستیکهای گرمانرم امکانپذیر است و برای پلاستیکهای گرما سخت چنین پیوندی امکانپذیر نیست. حلالهای دارای نقطه جوش پایین بسرعت تبخیر می شوند. بنابراین تا قبل از تبخیر تمام حلال محل متصل شده باید ثابت بماند. مثالی در این مورد متیل کلراید است با نقطه جوش 104 درجه فار نهایت . (40 درجه سانتیگراد). ملاتهای حل کننده با روشهای متعددی برای اتصال پلاستیکها بکار می روند. صرف نظر از روش بکار رفته تمام اتصالات باید تمیز و صاف باشند. بسیار از صنعتگران اتصال جناقی شکل را برای ایجاد اتصال مستقیم دو لبه ترجیح می دهند .در روشن خیساندن، محل اتصال باید با حلال خیسانده شود تا سطح نرمی بدست آید. سپس قطعات در کنار هم با فشار جزئی قرار می گیرند تا حلال تبخیر گردد. اگر فشار بیش از حد بکار برده شود ممکن است بخشهای نرم خارج از نقطه اتصال فشرده شده و اتصال ضعیفی ایجاد شود.سطوح بزرگ ممکن است در ملاتها روی آنها اسپری گردد . با نفوذ حلال به داخل درز یا ترک محل شکستگی نیز می توان اتصال امتزاجی ایجاد نمود. قلموی کوچک نقاشی یا سرنگهای زیرجلدی ابزارهای دستی تزریق ملات می باشند.

جوش پلاستیک چیست ؟

اتصالات مکانیکی

قطعات پلاستیکی را می توان با استفاده از اتصالات مکانیکی ماند پیج، پرچ، بست، مهره، مفصل، چفت فنری و غیره نیز برروی هم سوار کرد. مزیت اصلی استفاده از اتصالات مکانیکی برای سوار کردن قطعات پلاستیکی اولاً امکان اتصال قطعات غیر همجنس برروی هم و ثانیا امکان اتصال قطعات ساخته شده از پلاستیکهای ترموست علاوه بر ترموپلاستیک ها می باشد. بست های مکانیکی متعددی برای استفاده در پلاستیکها وجود دارد . پیچهای خودکار زمانی بکار می روند که بست غالباً‌ نباید باز شود ولی زمانی که نیاز به باز کردن مرتب اتصال باشد مهره فلزی در پلاستیک ممکن است در قالب قرار گرفته یا پس از قالب گیری نصب شوند. پیچها و پرچهای پلاستیکی یا فلزی برای مونتاژ دائمی بکار می‌روند و پیچهای ماشینی ، مهره ها و پیچهای استاندارد که از پلاستیک یا فلز ساخته شده‌اند در روشهای معمول مونتاژ بکار می روند [1] .
اتصال حرارتی اولین روش برای سوار کردن ورقها و لوله‌های پلاستیکی بخصوص انواع ترموپلاستیکی ان می باشد. در این روش که بیشتر برای اتصال ورقها و لوله های پلاستیکی مورد استفاده قرار می گیرد. از اعمال همزمان فشار و حرارت به موضع اتصال استفاده می شود. ساده ترین روش برای اینکار شامل لوله های فلزیی است که المنت‌های حرارتی برق در داخل آنها جای گرفته باشد. وسیله دیگری که در این زمینه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد شامل المانهای اتصال حرارتی الکترونیکی و با فرکانس بالا است.
روش دیگری از اتصال حرارتی که برای سوار کردن پلی اتیلن‌ها به کار می رود شامل اکستروژن یک رشته داغ از حسب مابین سطوح مورد اتصال می باشد که با اعمال فشار دنبال می شود. ساده ترین روش برای متصل کردن ورق‌ها یا قطعات پلاستیکی با استفاده از حرارت است. تعیین نوع سیستم اتصال با در نظر گیری فاکتورهای زیر انجام می‌گیرد:
(a ماهیت ماده‌ای که قرار است روی هم متصل شود.
(b شکل محصول
(c ملزومات مورد نیاز
(d چگونگی کیفیت محصول

در حالیکه تجهیزات الکترونیکی پیشرفته‌ای برای اتصال حرارتی پلاستیک ها طراحی شده است، می توان از اتصال دهنده‌های دستی ساده آهنی برای متصل کردن ورقهای نازک پلاستیکی به ضخامت (1-5/0) میلی متر برای برخی کاربردهای ویژه نیز استفاده کرد.
لازم به ذکر است که جوشکاری پلاستیک‌ ها از بسیاری جنبه‌ها مشابه با جوشکاری فلزات است به استثنای برخی موارد که ذکر خواهد شد. اما اتصال حرارتی پلاستیکها روشهایی را در بر می گیرد که در آن با استفاده از اعمال حرارت و فشار می توان دو جزء مورد نظر را به یکدیگر متصل نمود.

انواع جوشها و فرآیندهای مختلف جوش پلاستیک

در جوشکاری ترموپلاستیک‌ها نوع جوش بکار رفته مشابه انواع آن در جوشکاری فلزات است. همان روشهای آماده سازی لبه های اتصال شام پخ زنی، انطباق و جفت کردن ، تعیین و تنظیم ریشه جوش و غیره که در جوشکاری فلزات بکار می‌رفت برای جوشکاری پلاستیکها نیز لازم هستند.در صورتیکه نیاز به جوش با کیفیت خوب داشته باشیم، اهمیت پخ زنی لبه‌های جوش بیشتر خواهد بود. حتی می توان گفت که اهمیت پخ زنی در جوش پلاستیک بیش از جوشکاری فلزات است، از آنجا که خواص فیزیکی ترموپلاستیک‌ها و فلزات با یکدیگر متفاوتند، اختلافات قابل توجهی در روشهای مورد استفاده در جوشکاری ایندو به چشم می خورد. در جوشکاری فلزات فلز سیم جوش و فلز زمینه با یکدیگر ترکیب شده و درز جوش را پر می کنند و در جوشکاری ترموپلاستیکها ذوب شدن و جریان یافتن مذاب به داخل درز جوش عملی نشده بلکه سیم جوش یا پلاستیک جوش نرم شده و با اعمال فشار کمی که توسط وسیله جوشکاری به آن وارد می شود این دو عامل با یکدیگر پیوند دائمی و ثابتی بوجود می‌آورند. برخی از مواد ترموپلاستیکی در حین جوشکاری تولید گازها و بخارات سمی می‌کنند لذا پیشگیری ها و موارد احتیاطی که توسط سازندگان اینگونه مواد خاطرنشان می‌شوند باید همواره مورد توجه قرار گیرند. برای پیشگیری از هرگونه خطا و اشتباه مخاطره آمیز و استشاق گازهای سمی باید عملیات جوشکاری را در محیط های روباز یا کارگاههای مجهز به تهویه‌های بسیار خوب انجام داد.
پلاستیک جوش را می توان به کمک میله‌هایی با مقطع گرد، بیضی، مثلثی و یا نوارهای پهن بر قطعه مورد جوشکاری اعمال نمود.نوارهای پلاستیکی پهن و نرم را برای جوشکاری و تعمیر آستر تانک‌ها مورد استفاده قرار می‌دهند. این نوارها را معمولاً به شکل کلاف و به کمک جوشکاری تک پاسی و با سرعت زیاد مورد استفاده قرار می دهند.

جوش پلاستیک چیست ؟

فرآیندهای اصلی مورد استفاده در جوشکاری ترموپلاستیک ها عبارتنداز:
1- جوشکاری با گاز داغ
2- جوشکاری آلتراسونیک یا فراصوتی
3- جوشکاری با ابزارهای داغ
4- جوشکاری اصطکاکی
5- جوشکاری القایی
6- جوشکاری با فرکانس بالا

که درموارد خاصی ممکن است از روشهای دیگر مانند اتصال حرارتی اشکال خاص و غیره استفاده نمود. اکنون نحوه آماده سازی سطوح جوش را بررسی می کنیم.

آماده سازی سطوح برای جوشکاری

در جوشکاری ترموپلاستیک‌ها از فلاکس یا عامل روانساز استفاده نمی شود. البته گاهی اوقات برای دستیابی به جوشهایی با کیفیت بهتر می توان از یک گاز خنثی برای این منظور استفاده نمود. در کلیه عملیات جوشکاری ترموپلاستیکها پخ زنی نقش بسیار حساسی دارد به استثنای موارد زیر:

1- در جوش‌های لب به لب چهار گوش
2- در جوش های لبه رویهم
3- در جوش‌های گوشه‌ای

در یک اتصال سپری با سیم جوش‌های مثلثی پخ زنی را می توان به کمک فرزکاری، اره کردن، رنده کردن یا سوهان کاری انجام داد. برای بدست آوردن نفوذ کامل جوش یک جوشکاری باید علاوه بر پخ زنی، درز ریشه جوش مناسبی را هم فراهم آورد. این درزهای ریشه جوش معمولاً 4/0 تا 8/0 میلی متر است . برای جوشهای لب به لب چهار گوش نیز پیش بینی ریشه جوش مناسب ضروری است.بعلاوه تمام گوشه های تیز پلاستیک باید حذف شود و سطوح آن از کثافات، گریس یا دیگر آلودگی های ممکنه پاک گردد. توصیه می شود برای اینکار از حلالها استفاده نکنید چرا که اغلب حلالها موحب حل شدن یا نرم شدن قعطات ترموپلاستیکی شده و موجب تضعیف موضع اتصال می گردند . برای پاک کردن آلودگیها بهتر است از یک صابون ضعیف و آب و لرم استفاده کنید. پیشنهاد می‌شود که برای پاک کردن سطوح از روغن و گریس از MEK (متیل اتیل کتن) استفاده شود.

جوشکاری با گاز داغ

جوشکاری با گاز داغ یکی از پرمصرفترین فرآیندهای ترموپلاستیک ها بوده و تا آنجا که به مواد اولیه مربوط می شود از محدودیت‌های بسیار کمی برخوردار است. در جوشکاری با گاز داغ یک جریان هوا یا گاز خنثی فشرده و داغ به سطح ترموپلاستیک پاشیده می شود. این جریان گاز با گذشتن از روی شعله یا المنت‌های الکتریکی داغ که در بدنه دستگاه جوش دستی قرار دارند حرارت لازم را بدست آورده و داغ می شوند. در اینجا هیچگونه یا قوس الکتریکی با سطح قطعه پلاستیکی تماس پیدا نمی کند [2] .انواع مختلف این نوع اتصالات را می توان در ورق، لوله‌های یا میله های پلاستیکی تولید نمود.

تجهیزات و ابزارهای لازم برای جوشکاری با گاز داغ

ابزارهای لازم برای عملیات جوشکاری با گاز داغ شامل اغلام زیر است:
1- مشعل مخصوص جوشکاری با گاز داغ
2- نوک های مخصص جوشکاری (نازلها)
3- تجهیزات هوای فشرده یا گاز خنثی
4- فشار سنج و رگلاتور هوا
5- لوله خرطومی هوا از جنس نئوپرن که با سیم الکتریکی احاطه شده است.

در جوشکاری با گاز داغ معمولا دو نوع مشعل وجود دارد یکی به طریقه الکتریکی گرم می شود و دیگری از شعله حاصل از سوخت گازی برای گرم کردن لوله نازکی که گاز جوشکاری از میان آن می گذرد استفاده می کند. دمای گاز جوشکاری بوسیله شدت جریان گازی که از مشعل می گذرد تنظیم می شود. هر چه شدت جریان گاز در داخل مشعل پایین تر باشد دمای گاز بیشتر خواهد بود . شدت جریان های مورد استفاده معمولا مربوط به فشارهای 5 تا 10 psi می باشد. درجه حرارت بوسیله یک دماسنج که در فاصله 5/6-6 میلی متر از نوک مشغل نگه داشته می شود محاسبه می‌گردد.

جوش پلاستیک چیست؟

چگونگی انجام عملیات در جوشکاری با گاز داغ

در اینجا اولین کاری که جوشکاری باید انجام دهد این است که قطعات را در کنار یکدیگر قرار داده و آنها را با چند خال جوش به یکدیگر متصل کند تا در موقعیت مناسبی نسبت به یکدیگر قرار گرفته و دیگر احتیاج به استفاده از ست و گیره نباشد. برای ایجاد خال جوش می توان از روشهای پیشنهادی زیر استفاده کرد:
1- نوک مخصوص برای ایجاد خال جوش به سر مشعل بسته می شود.
2- صبر می کنند تا این نوک به دمای مناسبی برسد.
3- مشعل را طوری روی موضع جوش نگه می دارند که دسته آن نسبت به جایی که نوک با سطح مورد جوش تماس پیدا می کند زاویه‌ای تقریباً برابر با 80 درجه بسازد.
4- نوک ابزار را در طول موضع جوش حرکت داده و خال جوش هایی به طول 12 تا 25 میلی متر ایجاد می کنند.
5- خال جوشهای ایجاد شده را به یکدیگر متصل می کنند تا یک خال جوش پیوسته بدست آید.
6- صبر می کنند تا خال جوشها سرد شوند. اکنون این موضع برای انجام عملیات جوشکاری سرتاسری آماده است.

پس از عملیات خال جوش دادن می توان یک جوش کامل و دائم را ایجاد نمود. برای این منظور جوشکار باید سیم جوش مناسبی را انتخاب کند تا به کمک آن بتواند موضع جوش را با پلاستیک اضافی پر کند. در مرحله خال جوش دادن لزومی به انجام این کار نیست چون در آنجا فقط کافیست که به کمک حرارت دو سطح مورد جوش را گذاخه نموه و یک اتصال موقتی ایجاد کنیم . ترکیب شیمیایی پلاستیکی که برای پر کردن موضع جوش بکار می رود باید حتی الامکان مشابه با ترکیب زمینه باشد.مراحل انجام عملایت جوشکاری دستی و اتصال دو سطح به یکدیگر طبق روش فوق بدین قرار است:

1- آماده کردن لبه ها و تمیز کردن سطوحی که قرار است به یکدیگر متصل شوند.
2- انتخاب المنت حرارتی مناسب (کابلی که بتواند حرارتی برابر با 250 درجه سانتیگراد ایجاد کند) و تعبیه آن در مشعل.
4- بستن نوک مخصوص عملیات خال جوش به سر مشعل و ایجاد خال جوش‌های لازم .
5- پس از اتمام عملیات خال جوش دادن، نوک مخصوص این عملیات را از سر مشعل برداشته و یک نوک گرد به سر آن می بندند.
6- سر سیم جوش را با زاویه‌ای نزدیک به 60 درجه می برند.
7- با استفاده از یک حرکت موجی با دمش جهت جریان هوای داغ را در سطحی به فاصله 12 میلی متر از محل شروع جوش کنترل می کنند.
8- سیم جوش باید بصورت عمودی نگه داشته شود. طرز کار به این صورت است که سیم جوش را با سطح قطعه مورد جوش تماس داده و سپس آن را عقب می¬کشند. این عمل را ادامه می دهند تا زمانیکه سیم جوش چسبناک شود.
9- بزودی سیم جوش چسبناک می شود، در این صورت آن را بطور عمودی به سطح می فشارند. تقریباً یک سوم از حرارت را متوجه سیم جوش کرده و باقیمانده را به ماده مورد جوش می دهند.
10- سیم جوش را قدری شیب دار می کنند. در جریان جوشکاری از کشیدن سیم جوش به حد افراط اجتناب می کنند.
11- ماده جوش بایستی روی موضع اتصال یا پخ را بپوشاند. در جریان جوشکاری دستی برای کامل شدن جوش بیش از یک پاس جوش لازم است. آخرین پاس جوش پاسی است که لبه های کار را بپوشاند . قبل از آنکه پاس دوم جوش را بدهند صبر می کنند تا پاس اول سرد شود. جوش دوم نیز باید سرد شود تا بتوان جوش سوم را داد، و به همین ترتیب برای پاس های بعدی عمل می کنند.در جوشکاری دستی با سرعت زیاد می توان هم از سیم جوش و هم از نوار جوش استافده کرد. نوار جوش برای تعمیر یا جوشکاری آستر و قسمتهای داخلی تانکها و وسایل مشابه مورد استفاده قرار می گیرد. علامت مشخصه جوشکاری دستی سریع با نوار جوش این است که در اینجا فقط یک پاس جوش نیاز داریم.

جوشکاری آلتراسونیک یا فراصوتی پلاستیکها

از حدود بیست سال قبل جوشکاری آلتراسونیک علاوه بر اتصال قطعات پلاستیکی به یکدیگر برای اتصال فلزات به پلاستیک ها و مغزی دادن فلز در داخل پلاستیک پس از قالب گیری و همچنین اتصال مواد ناهمجنس به یکدیگر مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه نیز این روش یک متد اساسی برای اتصال قطعات به یکدیگر به حساب می آید. در جوشکاری آلتراسوینک حرارت لازم برای ذوب سطوح اتصال توسط ارتعاشات فراصوتی تأمین می شود. روش کار به این صورت است که ابتدا انرژی الکتریکی در دستگاه مخصوص به نوسانات مکانیکی با فکرانس زیر (حدود 20000 سیکل بر ثانیه) تبدیل شده و سپس این نوسانات توسط یک وسیله نوسان کننده بنام دماغه به جسم منتقل می شود. انرژی نوسانی فوق از قشرهای بالایی قطعه ترموپلاستیکی عبور کرده و در سطح مشترک دو جسم متمرکز می شود. در نتجیه این عمل حرارت لازم برای ذوب پلاستیک بوسیله اصطکاک حاصل از نوسان یک سطح مقابل سطح دیگر در موضع اتصال ایجاد می شود. این حرارت سبب گداخته شدن مرز برجسته‌ای که می توان آن را عامل هدایت و تمرکز انرژی نامید و نفوذ آن به داخل سطحی که به آن فشرده می شود 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 کاملاً سرد باقی می ماند. جوشکاری فراصوتی ترموپلاستیکها با جوشکاری فراصوتی فلزات تفاوت دارد، این تفاوت از آن 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 تمیز و یکنواخت بوده و در 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 عملایت جوشکاری آلتراسونیک بستگی زیادی به میزان انتقال نوسان توسط پلاستیک مورد اتصال دارد مثلاً میزان انتقال نوسان در قطعات ساخته شده از جنس پلی تن خیلی کمتر از مقدار آن در قطعات استیلنی می باشد. موادی که به طریقه آلتراسونیک قابل جوشکاری هستند عبارتنداز: آکریلیک‌ها، استال ها، پلی الفین‌ها، پلی آمیدها، پلی کربنات‌ها، پلی استیدن، پلی سولفون، ABS و غیره در اینجا لازم به تذکر است که ضخامت مواد فوق باید از 025/0 تا 254/0 میلی متر باشد .

طرح اتصال:
استحکام زیاد و یکنواختی جوش، کیفیت ظاهری خوب سازگاری نتایج کار و قابلیت اعمال جوشکاری آلتراسونیک همگی بستگی به چگونگی اتصال دارد. در صورت وجود یک طرح اتصال خوب در جوشکاری آلتراسونیک، استحکام جوش حاصله معادل با استحکام ماده زمینه خواهد بود. در طراحی موضع اتصال برای جوشکاری آلتراسونیک پلاستیک‌ها باید فاکتورهای اصلی زیر را مورد توجه خاص قرار دارد:
1- زمانی می توان نتایج خوبی از این جوشکاری انتظار داشت که سطح تماس بین دو قعطه مورد اتصال به مینیمم مقدار ممکننه کاهش یابد، در این صورت انرژی جوشکاری در سطح کوچکی متمرکز شده و راندمان کار بالا می رود.
2- اگر طرح اتصال درست انتخاب شود زمان حوشکاری را می توان با استفاده از اعمال فشار تا حد قابل ملاحظه ای کمتر کرد.
روشهای مختلف از جوشکاری آلتراسونیک منشعب می شود که از جمله آنها می توان سوار کردن آلتراسونیک، جوش نقطه‌ای آلتراسونیک مغزی دادن آلتراسونیک، قالب گیری آلتراسونیک و غیره را نام برد. یک نمونه از اشتباهاتی که در طرح اتصال جوشکاری فراصوتی ممکن است پیش بیاید پخ زنی زیاد از حد است. نتیجه این اشتباه، خارج شدن مقدار زیادی پلاستیک از محل اتصال و نیز ایجاد یک اتصال ناقص خواهد بود.

تجهیزات و ابزارهای جوشکاری آلتراسونیک (فراصوتی)

تجهیزاتی که در جوشکاری آلتراسونیک پلاستیکها مورد استفاده قرار می گیرد شامل اقلام زیر است:
1- منبع نیرو برای تبدیل جریان Hz60 به جریان Hz 20000.
2- مبدلی که جریان Hz 20000 را از منبع نیرو گرفته و آنرا به نوسانات مکانیکی با همان فرکانس تبدیل کند.
3- دماغه ای که نوسانات دریافتی از مبدل را تشدید کرده و این نوسانات را از مبدل به ترموپلاستیک منتقل کند.
4- تایمر برای کنترل میزان جوشکاری (زمانی که طول می کشد تا انرژی وارد قطعه کار شود) و کنترل زمان نگه داشتن (زمانی که طی آن قطعه تحت فشار نگه داشته می‌شود).
5- پایه‌ای برای نگه داشتن دماغه بطوریکه در تماس با قطعه کار پلاستیکی باشد.
6- گیره نگهدار قطعه کار بطور کلی برای تنظیم قطعات مورد اتصال و پیگشیری از حرکت احتمالی آنها در حین جوشکاری استفاده از گیره‌های نگهدارنده ضروری است. در صورتیکه قطعات را با گیره محکم نکنیم بواسطه حرکت احتمالی آنها توسط دماغه آسیب می‌بینند.

صرف نظر از نتایج کار، برقراری تنظیم مناسب بین قطعه کار، دماغه نوسان کننتده و سطوح اتصال از ملزومات اصلی جوشکاری به حساب می‌آید. گیره نگهدار نیز باید تکیه گاه مناسبی برای قطعات ایجاد کند بطوریکه نیروی اتصال بصورت یکنواخت در تمامی سطح جوش گسترده شود. در دستگاه آلتراسونیک ولتاژ 115 یا 220 ولت برق AC به 20 کیلو هرتز انرژی الکتریکی تبدیل 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 سطح مورد اتصال منتقل شود به دماغه میرسد و در آنجا تشدید می گردد. برحسب موارد کاربرد دماغه ها می توان طرهای مختلف آنها را استفاده کرد. سه نوع اصلی دماغه عبارتنداز:

1- دماغه های استاندارد.
2- دماغه های غیر استاندارد
3- دماغه های کاهنده – افزاینده
دماغه های مبدل برای افزایش یا کاهش دامنه نوسان ارتعاشات مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. دماغه های استاندارد کاربردهای وسیعی در عملیات جوشکاری آلتراسونیک دارند.
13-2- روشهای جوشکاری آلتراسونیک
روشهای مختلف جوشکاری آلتراسونیک را می توان به دو گروه اصلی زیر طبقه بندی کرد.
1- جوشکاری اتصالی
2- جوشکاری انتقالی
در جوشکاری اتصالی ابزار جوشکاری در نزدیکترین حالت ممکن نسبت به سطح اتصال قرار می گیرد. مثالهایی از اکربرد این روش شامل اتصال دندانه‌هایی از جنس پلی تن، تیوپ های محتوی کرم های مخصوص پوست و مو و جوشکاری، درز فنجان های نوشیدنی پلاستیکی است. این روش اساساً برای پلاستیکهایی که نرخ انتقال نوسانات آلتراسونیک آنها ضعیف باشد مناسب تر است مانند پلاستیکهای نرم.
در جوشکاری انتقالی نوسانات آلتراسونیک فاصله معینی را بین ماده ترموپلاستیکی طی می‌کنند تا به موضوع اتصال برسند. این روش اساساً در جوشکاری قطعات ریختگی سه بعدی از جنس پلاستیکهای سخت که به راحتی قابل جوشکاری هستند مورد استفاده قرار می گیرند. در این روش امکان ایجاد جوش در فواصل زیاد هم وجود دارد . ترموپلاستیکهایی با قابلیت انتقال ضعیف را نمی‌توان بدین طریق جوشکاری نمود.
مزایای استفاده از جوشکاری آلتراسونیک:
1- در این فرآیند اتلاف حرارت بسیار کم بوده و در مواقعی که این مزیت اهمیت زیادی داشته باشد این روش بسیار مفید است.
2- جوشکاری آلتراسونیک با سرعت زیاد را می توان بر موادی با ضخامت 254/0-025/0 میلی متر اعمال نمود.
3- این روش سبب ایجاد هیچگونه خرابی و تورفتگی در قطعه نمی شود.در مواردی که علائم خرابی و تو رفتگی نباید به هیچ وجه در قطعه دیده شود (مثل اتصال نوارهای مغناطیسی) اهمیت این فرآیند مشخص تر می شود.
4- در این فرآیند امکان استفاده از سیستمهای تمام اتوماتیک وجود دارد.

موارد کاربرد جوشکاری آلتراسونیک

استفاده از روشهای جوشکاری آلتراسونیک در موارد زیر مناسب است:
1- برای جوشکاری پاکتهایی که در بسته بندی مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2- برای جوشکاری و رقهای روکش شده.
3- برای جوشکاری قطعات توخالی ریخته شده مانند جعبه‌های کوچک، کوزه‌های دهن گشاد، جا تخم مرغی و جوش پلاستیک اسباب بازی‌ ها.

بیشترین کاربرد جوشکاری آلتراسونیک برای گار گذاشتن کیسه های توپ چند لایه است بطوریکه پلاستیک میانی بین لایه های خارجی توپ بصورت ساندویچی قرار گیرد بدون آنکه هیچ خطری توپ را تهدید نمی کند یکی دیگر از موارد استفاده نوسانات آلتراسونیک در تسریع واکنش چسباندن قطعات پلاستیکی به یکدیگر می‌باشد. در این روش نیز انتقال انرژی از دماغه نوسان کننده به موضع اتصال درست مانند جوشکاری یک قطعه پلاستیکی به قطعه دیگر می‌باشد. در اینجا هم اصطکاک ایجاد شده در موضع اتصال حرارت لازم برای ذوب یک چسب فعال شونده حرارتی را فراهم کرده و آن را به استحکام اصلیش می رساند.

جوش پلاستیک چیست ؟

جوشکاری اصطکاکی

این روش اولین بار در سال 1942 توسط هنینگ برای اتصال لب به لب پلاستکیهای PVC ارائه شد. در این روش برای اتصال سطوح از اصطکاک و فشار به طور همزمان استفاده می شود. جوشکاری اصطکاکی اصطلاحی است برای بیان اتصالی که مستقیماً در نتیجه حرارت تولید شده بواسطه مالش دو سطح به یکدیگر ایجاد می‌شود. بدین ترتیب حرارت تولید شده دو سطح ترموپلاستیک 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 در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرد جوشکاری چرخان است. این تکنیک شامل چرخاندن یک قطعه در مقابل قطعه دیگری از مجموعه که بطور 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 چرخان عبارتست از:

1- این روش بسیار سریع بوده و سیکل جوشکاری می تواند در زمان کوتاهی از 30 تا 45 ثانیه کامل شود.
2- این روش بسیار اقتصادی است چون می توان آنرا به کمک ماشین های استانداردی که در اغلب کارگاهها پیدا می شود (از قبیل ماشین های تراش یا دستگاه خراطی و یا دستگاههای مشابه) انجام داد و وسایل لازم برای آن معمولاً بسیار ساده و ارزان هستند.
3- این روش بسیار عالی برای جوشکاری مواد ترموپلاستیکی است که در دماهای بالا دچار اکسیداسیون می شوند، چون در سطح مورد جوش در تمام مدت عملیات در تماس با یکدیگر بوده و مقدار کمی از ماده بواسطه اعمال فشار از درز جوش بیرون زده و اکسیداسیون بسیار ضعیفی در جوش ایجاد می شود.
4- چون هیچگونه حلال، چسب، سیم جوش و دیگر مواد خارجی در این عملیات بکار نمی رود اتصال حاصله دارای همان خواص ماده زمینه است.

معایب استفاده از این روش عبارتنداز:
1- وجود محدودیت هایی برای ایجاد اتصال در قطعات غیر مدور. در بسیاری از موارد این محدودیتها را می توان با طراحی موضع جوش بصورت مقطعی مدور از یک قطعه غیر مدور برطرف نمود .
2- در بسیاری موارد برای ایجاد یک جوش نامناسب 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.

کاربردهای روش جوشکاری اصطکاکی چرخان

جوشکاری اصطکاکی چرخان را می توان بر اغلب مجموعه‌هایی که شامل دو قطعه ترموپلاستیکی با مقطع اتصال مدور هستند اعمال نمود. در این حالت حرارت اصطکاکی برای ذوب سطوح تماس کافیست. جالب آنکه از این روش می توان برای سوار کردن قسمتهای مختلف لوله ها، گلوله‌ها، بطری‌ها و غیره استفاده نمود. روش کار به این صورت است که ته این قطعات را روی دیوارهایشان به روش اصطکاکی سوار می کنند.این روش برای جوشکاری لوله‌هایی از جنس PVC بسیار ایده آل بوده و همچنین برای تولید شیرهایی از همین جنس نیز مفید است.سیلندرهای طویل را می-توان توسط جوش دادن حلقه‌های کوتاهتر به یکدیگر با همین روش تولید نمود.
بدنه بطری ها، قطعات لوله ای شکل، توپها و غیره را می توان با استفاده از این روش به انتهایشان متصل نمود.مورد دیگر استفاده از این روش در بسته بندی و ممهور کردن کانتینرهاست. کانتینرهایی که با مایعات پر می شوند را می توان به راحتی با جوشکاری چرخان آب بندی و بسته بندی و ممهور نمود.همچنین مواد خامی را که به شکل ورق هستند می توان روی هم قرار داده و به کمک جوشکاری چرخان به یکدیگر متصل نمود تا به هر ضخامت مورد لزومی دست یافت.
بطور کلی جوشکاری اصطکاکی را می توان بری اکثر ترموپلاستیکها از جمله پلیتن‌ها، آکریلیک‌ها، نایلون‌ها و استالها مورد استفاده قرار داد.

متغیرهای جوشکاری اصطکاکی چرخان

حرارت تولید شده در جوشکاری جرخان ارتباط مستقیم با سرعت چرخش، فشار تماس و مدت تماس دارد. سرعت چرخش سطح در یک اتصال مدور تابع قطر دایره و نیز تعداد دورهای آن در دقیقه می باشد. برای انتهای یک استوانه چرخان سرعت سطح مؤثردوسوم سرعت محیطی می باشد. سرعت نقطه ای متوسط بر سطح یک قطعه میان تهی با استفاده از رابطه زیر بدست می آید:

V = سرعت نقطه ای متوسط برحسب اینچ بر ثانیه.
W = سرعت زاویه‌ای برحسب دور بر ثانیه .
a = شعاع خارجی قطعه برحسب اینچ .
b = شعاع داخلی قطعه برحسب اینچ.

استحکام جوش در روش اصطکاکی

جدول زیر مقادیر مختلف استحکام جوشهائی را که توسط جوشکاری اصطکاکی پلی اتیلن، نایلون، پلی متیل متاکریلیت و پلی فرم آلدئید بدست آمده است نشان می‌دهد. استحکام جوشهایی که در اینجا بدست آمده اند برحسب درصد استحکام جوش ماده زمینه بیان نشده است. در مواردی که هیچ عددی نوشته شده استحکام جوش بسیار ناچیز می باشد (کمتر از 10 درصد). البته باید توجه داشت که این اعداد بطور متوسط بیان شده‌اند و فقط به منظور مقایسه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نظر به تغییر سرعت سطح مورد جوش، در طی فرآیند جوشکاری درجه حرارت نیز تغییر خواهد کرد و بواسطه آن تنش‌های باقیمانده‌ای در سطح موضع اتصال ایجاد می‌شود. این تنشها در مرکز سطح مورد جوش ماکزیمم و در طول لبه خارجی مینیممم می باشند . اگر قسمتهای مرکزی را که دارای ماکزیمم تنش پسماند می‌باشد در معرض شرایط محیطی که به ترک خودرن و شکستن آنها می انجام قرار دهیم شدیداً ترک می خورند. برای جلوگیری از این مسأله پینشهاد می شود که پس از عملیات جوشکاری قطعات را آنیل کنیم.

جوشکاری با ابزارهای داغ

در روش جوشکاری با ابزار داغ با استفاده از یک منبع حرارتی مثل هیتر یا صفحات داغ یا میله‌های حلقه ای شکل یا هویه قطعات پلاستیکی را تا دمای ذوبشان گرم می کنند. سپس قطعات را در تماس با هم و در فاصله 3 میلیمتری از ابزار داغ قرار می‌دهند. 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 و آنقدر در این حالت نگه می دارند تا محل اتصال خنک شود. تمام فرآیند خیلی سریع صورت گرفته و با اعمال فشار کمی از 5 تا 15 psi حدود 5 تا 15 ثانیه طول می کشد.
جوشکاری با ابزارهای داغ را اساساً برای اتصال ورق های پلی اتیلن، متیل متاکریلیت، کلرید ونییل و تفلون مورد استفاده قرار می‌دهند ولی می توان آنرا برای اتصال دیگر قطعات ترموپلاستیکی نیز بخوبی مورد استفاده قرار داد.
یکی از مهمترین فاکتورهای در فرآیند جوشکاری قطعات با استفاده از ابزارهای 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. چون یک تأخیر کوتاه در این لحظه منجر به ایجاد جوش ضعیفی خواهد شد.

تجهیزات و ابزار لازم در جوشکاری پلاستیکها با ابزار داغ

سطح فلزی ابزارهای داغی که در این روش جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً از جنس فولاد یا پوشش نیکل یا آلومینیوم یکپارچه است. منبع حرارت مورد استفاده اغلب الکتریکی بوده البته در برخی موارد دستگاههای بسیاری برای حرارت دادن طراحی شده است که از شعله اکسی استیلن یا پروپان استفاده می کنند. کوشش‌های زیادی شده است تا با استفاده از روانسازها یا عوامل واسطه‌ای از چسبیدن قطعات به ابزارهای داغ جلوگیری شود. اما این کوششها تأثیر چندانی نداشته است و ثابت شده است که این مسأله تأثیر نامطلوبی بر نتایج عملیات جوشکاری خواهد داشت. همچنین ثابت شده است که جوشهایی که به طریق فوق ایجاد می‌شوند مرغوبیت کمتری نسبت به جوشهایی که بدون استفاده از روان ساز یا عوامل واسطه‌ای ایجاد شده‌اند دارند.

شرایط جوشکاری با ابزارهای داغ

دمای ابزارهای داغ باید دقیقاً کنترل شده و در صورتیکه از سیستم هدایت مستقیم حرارت استفاده شود باید دمای آنرا در برد حرارتی بالاتر از 200 تا 370 درجه سانتیگراد تعدیل نمود. هنگامی که حرارت به طریقه تشعشعی منتقل می شود باید از دماهایی تا 540 درجه سانتیگراد استفاده نمود. جوشکاری پلن اتیلن هایی با دانسیته زیاد از طریق تماس مستقیم مستلزم حرارت سطحی 200 درجه می باشد ولی پلی اتیلنی با دانشیته کم از 150 تا 200 درجه سانتیگراد حرارت لازم دارد.اگر حرارت به بالاتر از برد حرارتی لازم برده شود منجر به تجزیه پلیمر و در نتیجه تضعیف جوش حاصله خواهد شد.

کاربردهای جوشکاری با ابزارهای داغ

ورق‌های پلاستیکی را می توان به کمک این روش جوشکاری نمود. برای این کار لبه های دو ورق مورد نظر را که قرار است جوش داده شوند قدری رویهم گذارده و سپس میله داغ را در تماس مستقیم با آنها قرار می دهند. وقتی که دو سطح به دمای لازم برای جوشکاری رسیدند میله داغ را برداشته و ورق‌ها را با فشار مختصری محکم به یکدیگر می‌چسبانند. اعمال فشار تا سرد شدن جوش ادامه می‌یابد. معمولاً برای دست یافتن به نتایج بهتر استفاده از گیره و بست و محکم نگهداشتن ورق‌ها در طی عملیات ضروری است. پهنای تیغه مورد استفاده معمولاً قدری بیشتر از ضخامت ورق های مورد جوش می باشد. در این عملیات کنترل دقیق درجه حرارت ضروری است. چون اگر حرارت کم باشد منجر به ایجاد یک اتصال ضعیف شده و در صورتیکه زیاد از حد هم باشد باعث تجزیه پلاستیک می شود. اصولاً می توان گفت تنظیم نبودن درجه حرارت قطعاً منجر به تشکیل اتصال ضعیفی خواهد شد. جوشکاری با ابزارهای داغ برای ورق های نازک و انعطاف پذیر به کمک وسایلی خاص انجام می شود. این ابزارها شامل یک تیغه داغ است که در بین دو سطح که روی هم قرار گرفته و باید جوش داده شوند حرکت کرده و به دنبال آن غلتکی که فشار لازم برای اتصال دو سطح داغ را تأمین کرده و عملیات را تکمیل می کند حرکت می نماید. از این روش بیشتر برای ساختن تانکها از ورق‌های پلاستیکی انعطاف پذیر استفاده می شود. ابزارهای داغ را بیشتر از جنس مس می گیرند. تا قابلیت هدایت حرارتی ماکزیممی داشته باشند. و سطح این تیغه‌های مسی را با نیکل روکش می دهند تا از خوردگی آنها جلوگیری شود. قطعات ساخته شده از PVC سخت را معمولاً با این روش جوشکاری نمی کنند. چون این قطعات وقتی در تماس با فلز داغ قرار می گیرند تمایل به تجزیه شدن دارند. اما از آن می توان برای اتصال بخش عظیمی از قطعات پلاستیکی از قبیل پلی‌تن، PVC پلاستیزه شده، پلی پروپیلن و تا حد کمتری آکریلیک‌ها و تفلون استفاده نمود. جوشکاری با ابزارهای داغ را بطور وسیعی در ایجاد جوشکاری سر به سر در لوله‌های پلاستیکی مورد استفاده قرار می دهند. در این حالت عمل اتصال خیلی سریع صورت گرفته و ارزان هم تمام می شود. در عین حال از کمترین ابزارهای ممکن استفاده می گردد. انتهای لوله ها را نباید هرگز در تماس مستقیم با سطح داغ نگه داشت آنها را می توان یا در تماس مستقیم با سوی مخالف سطح داغ قرار داد و یا در فاصله سه میلیمتری از این سطح نگه داشت تا با تشعشع حرارت داغ شوند. در هر صورت انتقال حرارت به هر شکلی که باشد، روش کار همان است که گفتیم، قسمتهای انتهایی لوله را تا دمای ذوب حرارت داده، صفحه داغ را برداشته و دو انتهای داغ لوله را به یکدیگر می‌فشارند تا اتصال کامل شود، در عین حال عمل فشردن را تا سرد شدن موضع جوش ادامه می دهند.
روش دیگر انتقال حرارت به قطعه کار استفاده از کفشهای داغی است که به یک هویه برقی معمولی متصل شده‌اند. کفشکی که به طریقه الکتریکی داغ شده است، برای جوش لب به ب ورقها و تولید آستر برای تانک‌ها مورد استفاده قرار می گیرد. کفشک به آهستگی بین دو سطح مورد اتصال حرکت کرده و غلتکی که سطوح گداخته شده را به یکدیگر می فشارد آن را دنبال می کند. کفشک‌ها را می توان متناسب با ضخامت و طرح ورقهای مورد اتصال طراحی نمود. این کفشک ها معمولا از قطعات مسی با روکش‌های ضخیم نیکل ساخته می‌شوند. استفاده از روانسازها، موم یا دیگر موادی که مانع چسبیدن پلاستیک به ابزارهای داغ می شوند توصیه نمی گردد چرا که این مواد تمایل به تضعیف اتصال دارند.
مزیت این روش را می توان به کمک این حقیقت بیشتر آشکار نمود که در یک روند تدریجی بیش از 330.00 متر خطوط فاضل آب آلمان با این روش ساخته شده است و در آمریکا نیز در حدود 50.000 متر لوله‌های پلی اتیلن با دانسیته بالا که مستلزم 4000 اتصال می باشند با همین روش روی هم سوار شده‌اند.

جوش پلاستیک چیست ؟

جوشکاری شیاری با ابزارهای داغ

این روش اساساَ برای اتصال قطعات قائم به ورق‌های پایه مورد استفاده قرار می گیرد. لبه انتهایی یک عضو قائم در مجاورت یک صفحه داغ حرارت داده شده و در عین حال یک میله داغ برای ایجاد یک شیار در ورق پایه بکار می رود تا عضو قائم در آن شیار جا داده شود. وقتی که دو قطعه به دمای مناسب برای جوشکاری رسیدند آنها را از منابع حرارتی مربوطه جدا نموده و در مجاورت یکدیگر قرار داده سپس با اعمال فشار اتصال لازم را برقرار کرده و تا سرد شدن موضع جوش فشار را ادامه می دهیم. حرارت و فشار لازم در این مورد مشابه با شرایط جوشکاری ورق ها با ابزارهای داغ می باشد. این روش برای اتصال قطعاتی مانند پره های هواکش‌های خانگی، بدنه پمپ ها ، لوله ها و دودکش های راستگو شه مورد استفاده قرار گرفته و ویژگیهای مثبتی برای جوشکاری پلی اتیلن‌های با دانسیته بالا دارد.

نحوه آزمایش و ارزیابی جوشها

انجمن آمریکایی ASTM روشهای متنوعی برای تست کردن مواد پلاستیکی ارائه کرده است . پیشنهاد می شود که این روشها تا حد امکان دقیقاً دنبال شوند . روشهای تجربی تست کردن که برای ارزیابی جوشهای خانواده پلی اتیلن و PVC لازم است توسط انجمن صنایع پلاستیکی ارائه شده است. اما برخی آزمایشات کارگاهی وجود دارد که هنوز تحت این پوشش ها قرار نگرفته و استاندارد نشده اند . از آن قبیل می توان آزمایشات مربوط به تعیین حساسیت موضوع اتصال نسبت به خوردگی توام با تنش، همچنین آزمایشات ساخت، تعیین عیب و نفوذپذیری جوش را نام برد. روش ساده‌ای برای تشخیص اتصالات غیر مؤثر، آن است که صبر کنیم تا یک مقطع از سیم جوش تا آن سوی جوش انبساط یابد. وقتی که جوش سرد شد مقطع پیشرفته را محکم گرفته و سعی می کنند سیم جوش را بکنند، اگر اتصال مناسب باشد سیم جوش از انتهای جوش ترک می خورد. ترک ها و حفره‌های ریز را می توان به کمک دستگاههای تست حلقه جرقه‌ای با ولتاژ بالا و فرکانس زیاد تعیین نمود. نوک حلقه در طول سطح جوش حرکت می کند و هر جا تخلخلی وجود داشته باشد جرقه ظاهر می‌شود. در اینجا وجود یک میدان الکتریکی خوب الزامی بوده و در دستگاههایی از جنس مواد غیر هادی باید این میدان را فراهم نمود. رادیوگرافی یکی از مؤثرترین روشهای برای تعیین و تشخیص معایب بوده و احتمالاً تنها متدی است که به کمک آن می توان بسیاری از معایب را تشخیص داد.

روش انجام آزمایش
با توجه به مطالب ذکر شده در فصل قبل روشهای مختلفی برای جوشکاری پلاستیکها وجود دارد. در مورد جوشکاری PTFE نیز از اغلب روشها می توان استفاده کرد که با توجه به شکل قطعه و یا ضخامت ورق محدودیتهایی در روشهای جوشکاری پیش می‌آید. لذا با در نظر گرفتن این محدودیتها و یا محدودیت در دسترس به امکاناتی چون دستگاه لیزر یا دستگاه آلتراسونیک و یا جوشکاری با گاز داغ در این پروژه به آزمایش و تست با روش جوشکاری ابزار داغ پرداخته شد.در این پروژه جوشکاری ورق PTFE مورد مطالعه قرار گرفته است. در مورد تهیه ورق تفلون لازم به ذکر است که این نوع پلاستیک در بازار به اشکال و ضخامتهای متفاوت موجود می باشد. در بین ضخامتهای متفاوت ورق تفلون که از mm 2 به بالا موجود بود حد ایدآلی در نظر گرفته شد یعنی ورق با ضخامت mm 5 .جوشکاری با ابزار داغ در حالت پیشرفته می تواند به حالت اتوماتیک انجام شود که در اشل آزمایشگاهی این امکان موجود نمی باشد و نتیجتاً جوشکاری دستی انتخاب شد. این نوع جوشکاری یکی از سنتی ترین روشهای جوشکاری پلاستیک است.جوشکاری دستی با ابزار داغ به ابزار خاصی نیاز دارد که متناسب با نوع قطعه، شکل و ابعاد ابزار تغییر می کند. سطح فلزی ابزارهای داغی که در این روش جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً از جنس فولاد یا پوشش نیکل یا آلومینیوم یکپارچه است. ابزاری که برای این مورد جوشکاری انتخاب شد یک میله فولادی با ضخامت حدوداً یک سانتیمتر بود. ابتدا این میله به طول cm 30 بریده شد. سپس سطح میله پولیش گردید تا از مواد اکسید سطحی پاک گردد. وجود مواد اکسیدی روی ابزار باعث ورود و نفوذ مواد اکسیدی به داخل گرده جوش و موضع جوش شده و استحکام تا حد قابل توجهی کاهش می دهد. مرحله بعدی تغییر شکل دادن به سرمیله است. برای این امر سرمیله توسط سنگ به شکل تخت درآمد. سرتخت و صاف میله هنگام کار کمک خوبی برای پخش کردن پلاستیک پر کننده روی درز جوش است.

تهیه ماده اولیه
همان طور که ذکر شد ماده اولیه در این پروژه ورق تفلون است. پس ابتدا به تهیه متریال اصلی پرداخته شد. لذا تفلون مورد نظر از کارخانه تولید شمش آزادی واقع در کمال شهر کرج تهیه گردید. همانگونه که گفته شد ورق تفلون به ضخامتهای متفاوت در بازار عرضه می گردد. در این کارخانه ضخامتهای 2 الی 200 میلی متر ارائه می گردد که برای بالا بودن دقت در آزمایش و سهولت کار ضخامت 5 میلی متر انتخاب گردید PTFE از اعضای معروف و مهم خانواده پلی اتیلن ها می‌باشد. که برای آشنایی با سر دسته این خانواده یعنی پلی اتیلن ابتدا کمی از خصوصیات فنی PE ذکر می گردد و سپس به ذکر خصوصیات فنی و مکانیکی و شیمیایی PTFE پرداخته خواهد شد.

خصوصیات فنی پلاستیک پلی اتیلن (PE):
1- گروه مواد : ترموپلاستیک ها
2- نام تجاری: LUPOLEN – HOSTALEN – BAYLON – AL ATHON
3- مواد کاربرد: لوله ¬ـ کیسه‌های نازک ـ روکش سیم و کابل ـ پوشش کاغذ مقوا سلوفان ـ ورق ـ پارچه پشم شیشه ـ در پوش بطری ـ نوار چسب مصارف الکتریکی ـ بطری ـ زه اتومبیل (فوم).
4- انواع آن : نوع چکالی پایین (PELD) ، نوع چگالی بالا (PEHD)
5- رفتار سوختن: شعله روشن با مرکز آبی دارد و چکه می کند و بویی شبیه به پارافین دارد و بخار آن غیر قابل رؤیت است.

6- از خواص پلی اتیلن‌ها: انعطاف پذیری زیاد – مقاومت در برابر آب و بخار – خواص الکتریکی خوب فرایند پذیری بالا.
7- از معایب پلی اتیلن : استحکام کششی پایین – مقاومت حرارتی ضعیف در مقابل نور ماوراء بنفش.

پلاستیک پلی تترافلوئور و اتیلن (PTFE):
1- گروه مواد: ترموپلاستیک ها (گرمانرمها)
2- نام‌های تجاری: ALGFLON-TEFLON-HODTAFLON-HALON-FLUON
3- کاربرد: صنایع شیمیایی و الکتریکی ـ پوشش دهی اندوده کردن سطح وسایل خوراک پذی ـ اورنیگ ها ـ سیفون ها ـ یاتاقان های فشنگی ـ واشرها ـ لوله ها ـ شیر سماور ـ کابلهای گرمایی ـ قطعات سفینه‌ها.
4- رفتار هنگام سوختن: نمی سوزد و هنگام سرخ شدن بوی بد می دهد.
این پلیمر در مقایسه با سایر پلاستیکهای مهندسی خواص فیزیکی معادلی ندارد. این پلیمر قوی نبوده و مقاومت خزشی ندارد و در مقایسه با سایر پلیمرهای مهندسی مقاومت پارگی را دارا نیست.

این پلیمر ضریب استحکاکی و دینامیکی بینهایت کمی دارد و با توجه به اینکه کیفیت نچسب را دارا است خیلی از چسب ها نمی تواند به آن بچسبد. از نظر کلی خواص منحصر به فرد را دارا است. مقاومت شیمیایی آن از همه ترموپلاستیکها و لاستیکها بیشتر است. استنباط گرمایی آن همانند پلاستیکها 10 برابر فلزات است. این پلاستیک خاص در سال 1948 توسط مبتکری به نام Dupont به دنیای صنعتی عرضه شد.
از معایب PTFE می توان به فرآورش مشکل آن اشاره کرد که استفاده آن را محدود می کند . مقاومت سایشی آن کم است. رسانایی گرمایی کم دارد. کشسان نیست و مانند پلی اتیلن سخت است . به هنگام اشتعال نمی سوزد و در هنگام سرخ شدن بوی بدی دارد.

پلی تترافلوئورواتیلن حدود 90 درصد حجمی پلاستیکهای فلئوره را شامل می شود . مونومر تترافلئورواتیلن با استفاده از پیرولیز کلرودی فلئورومتان حاصل می گردد. تترافلئورواتیلن در حضور آب و یک کاتالیست پراکسید تحت فشار بالا پلیمریزه می گردد. ماده PTFE از عدد کریستالی بالایی برخوردار بوده و یک گرمانرم مومی می باشد که دمای بکارگیری آن بین 450- تا 550+ درجه فار نهایت (268- تا 288+ درجه سانتیگراد) می باشد. قوی بودن پیوند و اتصال فشرده اتمهای فلئور به زنجیره کربنی از تولید ماده PTFE با استفاده از روشهای معمول تولید گرمانرم‌ها جلوگیری می کند. در حال حاضر برای کمک به فرآیند شدن نمی توان آنرا پلاستیکی سایزر نمود. اغلب این مواد را با عملیات پیش فرم و همجوشی تولید می‌کنند. همجوشی یک تکنیک تولید ویژه است که برای فلزات و پلاستیک ها استفاده می‌شود.

جوش پلاستیک چیست؟

ماده پودر شده را در داخل یک قالب در دمای درست زیر نقطه ذوب یا تجزیه پرس کرده تا ذرات به یکدیگر متصل گردند . تمام ماده در این فرآیند ذوب نمی گردد. مواد قالب گیری همجوشی شده را می توان ماشینکاری کرد. فرمولاسیون های ویژه ای را از این مواد می توان با استفاده از پراکنده سازهای آلی بصورت میله ، لوله و الیاف اسکترود کرد. در هنگام همجوشی این مواد، پراکنده سازها تبخیر می گردند . سوسپانسیون منعقد شده را ممکن است بیشتر به همان روش مورد استفاده قرار دهند. مواردی که از این نوع که پیش همجوشی شده‌اند را می توان با عبور از مناطق طویل متراکم کننده و همجوشی کننده قالبهای ویژه اکسترود نمود. بوسیله PTFE پراکنده شده در حلال و از طریق فرایندهای خشک نمودن و همجوشی می توان تعدادی از فیلمها، نئارها و پوششها را ریخته گری و یا شناورسازی یا اسپری نمود. فیلمها و نوارها را همچنین می توان با بریدن ورقهای اینگونه مواد تهیه کرد . تفلون نامی تجاری و آشنا برای همه پلیمرها و کوپولیمرهای پلی تترافلوئورواتیلن می باشد. خاصیت نچسب بودن آن (داشتن ضریب اصطکاک اندک) باعث گردیده است که به عنوان یک ماده بسیار خوب پوششی به حساب آید. از تفلون برای بسیاری لوازم فلزی از جمله ظروف آشپزی استفاده می کنند . حلال شناخته شده ای برای این مواد وجود ندارد. آنها را ممکن است از طریق شیمیایی اچ نموده و از طریق تماسی یا چسبهای اپوکسی اتصال داد. فیلمها را می تون با گرما نیز به هم مثل آب بندی نمود ولی اتصال با مواد دیگر امکان پذیر نیست. جرم فلئوروکربنها بیشتر از هیدروکربنها می‌باشد چرا که جرم اتمی فلئور 9984/18 و هیدروژه 00797/1 می باشد. از این روفلئور و پلاستیکها سنگین تر از پلاستیکهای دیگر می باشند. محدوده دانسیته نسبی آنها 3/2-2 است. تولید مواد PTFE تکنیکهای ویژه ای را نیاز دارد. بی اثر بودن شیمیایی آنها، مقاومت عالی آنها در مقابل شرایط جوی، مشخصات عایق الکتریکی عالی، مقاومت گرمایی بالا، ضریب اصطکاک پایین و ویژگی نچسب بودن آن باعث استفاده فراوان از این ماده شده است. قطعات پوشش یافته با مواد PTFE ضریب اصطکاک پایینی داشته و به آسانی جدا شده و می‌لغزند بدون اینکه به هیچگونه روغن کاری نیاز باشد. تیغ اره ، ظروف آشپزی ، لوازم آشپزخانه، پاروی برف روبی، دستگاه نانوایی و یاتاقانها از جمله کاربردهای این مواد می باشند. اسپری ذرات میکرونی مواد پلی تترا فلئورواتیلن به عنوان ماده‌ای روانساز و نچسب برای سطوح زمینه فلزات، شیشه و یا پلاستیک استفاده می شود.پروفیلهای مختلف آن برای مصارف شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی کاربرد دارد. لوله‌های منقبض شونده برای پوشش غلطکها، فنرها، شیشه و لوازم الکتریکی استفاده می گردد. نوارها و فیلمهای بریده یا اسکترود شده را می‌توان برای آب‌بندی، بسته بندی و واشر بکار برد. پلها، لوله ها، تونلها و ساختمانها را ممکن است برروی اتصالات لغزنده یا ضخامت اسنباطی یا بالشتکهای بوش یا یاتاقان ساخته شده از مواد پلی تترافلوئور و اتیلن قرار دارد. پلی تترا فلوئوواتیلن عایق الکتریکی بسیا رخوبی است و فاکتور تلفات آن کوچک است. بنابراین به عنوان عایق سیم و کابل، لایی سیمهای هم محور، صفحه مدار چاپی و سایر مصارف الکتریکی کاربرد دارد.

مزایای پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE):
1- آتشگیر نیست
2- مقاومت خوب در مقابل مواد شیمیایی و حلالها
3- مقاومت خوب در مقابل عوامل جوی
4- ضریب اصطکاک کم (خاصیت نچسب بودن)
5- بکارگیری در محدوده وسیعی از دما
6- خواص الکتریکی بسیار خوب

معایب پلی تترافلوئور و اتیلن (PTFE):
1- عدم امکان استفاده از روشهای معمولی در فرآیند آن
2- سمی بودن محصولات ناشی از تخریب حرارتی
3- داشتن خزشی
4- نفوذ پذیری
5- نیاز به دمای بالا در هنگام فرآیند
6- استحکام اندک
7- دانسیته زیاد
8- قیمت نسبتاً بالا
2-3- منبع حرارتی

منبع حرارتی در جوشکاری با گاز داغ بهتر است الکتریکی باشد اما از منابع شعله‌ای نیز می توان استفاده کرد. برای این پروژه از شعله گاز بوتان بدون همراهی اکسیژن استفاده شد چون لازم نیست به دمای خیلی بالا دست یافته شود. نقطه ذوب PTFE تنها 327 درجه سانتیگراد است که به راحتی این منبع حرارتی، حرارت و دمای لازم را برای عملیات جوشکاری تهیه نمود.نحوه انتخاب مشعل بستگی به نوع عمل در جوش دارد. برای زمانی که لازم بود ابزار جوش گرم شود، از مشعل معمولی دستی استفاده شد و برای جوشکاری با شعله مستقیم و بررسی اثرات شعله مستقیم از مشعل‌های با شعله و نازل سوزنی که مشابه با مشعلهای کارگاههای شیشه گری شیمی می باشد استفاده شد.

جوش پلاستیک چیست ؟

ابزار سازی
همانطور که ذکر شد ابزار لازم در جوشکاری دستی با ابزار داغ دارای شکل و اندازه‌های خاصی است که بنا به موقعیت و نوع قطعه و ضخامت قطعه مورد جوش تغییر می کند. جنس آن از فولاد ساده کربنی با مقطع گرد انتخاب شد و طول آن 30 سانتیمتر در نظر گرفته شد. پس از پولیش سطحی به شکل دادن سر آن پرداخته شد. که توسط سنگ و سوهان سر آن به شکل تخت درآمد. سرتخت آن باعث شد تفلون ذوب شده راحت تر و با کنتر بهتر روی موضع جوش پخش گردد. از آنجا که فلز مس و مشتقات آن قدرت هدایت و نگهداری حرارتی بهتری دارند، یک نمونه نیز از برنج ساخته شد که در مواردی که کار با ابزار کمی طول می کشید کمک بسیار خوبی برای حفظ حرارت لازم بود.

آماده سازی نمونه ها جهت جوشکاری
1- ابتدا ورق تفلون توسط خط کش اندازه گیری شد. سپس کل ورق به مستطیلهایی با ابعاد cm 8*5 تقسیم بندی شد . مرحله بعدی مرحله جداسازی قسمتهای علامت زده است. ابتدا ورق تفلون به گیره کارگاهی بسته شده و سپس توسط اره با توجه به نقشه رسم شده روی ورق تفلون، برشها انجام گرفت. در نهایت ورق تفلون به قطعات مستطیل شکل با ابعاد cm 8*5 تبدیل گشت. لازم بود در جهت تمام کاری و بالا بردن کیفیت جانبی قطعات و از بین بردن پلیسه های ایجاد شده در نتیجه اره کاری کمی پرداخت کاری صورت گیرد. لذا تمامی قطعات توسط سنگ و سوهان و پولیش از نظر کیفیت سطحی و ابعادی مورد پرداخت و تمیزکاری قرار گرفتند.
2- این مرحله شامل آماده سازی سطوح برای جوشکاری می گردد. در جوشکاری تفلون از فلاکس یا عامل روانساز استفاده نمی شود. البته گاهی اوقات برای دستیابی به جوشهایی با کیفیت بهتر می توان از یک گاز خنثی استفاده نمود. در انجام این پروژه از فلاکس یا گاز خنثی استفاده نشد. سطوح تفلون از کثافات، خاک، گریس و دیگر آلودگی های ممکنه پاک گردید. برای این کار از حلال استفاده نشد چون اغلب حلالها موجب حل شدن یا نرم شدن قطعات پلاستیکی شده و موجب تضعیف موضع جوش می شود. برای پاک کردن آلودگیها از یک صابون ضعیف معمولی و آب مقطر استفاده شد. برای پاک کردن سطوح از روغن و گریس می توان از MEK (متیل اتیل کتن) استفاده کرد که به دلیل عدم دستیابی استفاده نشد.

عملیات پخ زنی
در کلیه عملیات جوشکاری ترموپلاستیکها پخ زنی نقش بسیار حساسی دارد. پخ زنی را می توان به کمک فرزکاری، اره کردن، رنده کردن یا سوهان کاری انجام داد. در این پروژه انواع طرح جوش لب روی لب ، سر به سر ساده، سر به سربا طرح پخ جناقی دو طرفه صورت گرفت . لذا برای حالت سربه سر با طرح پخ جناقی دو طرفه لازم به عملیات پخ زنی بود. ابتدا نمونه هایی که لازم بود برای عملیات جوشکاری با طرح پخ جناقی آماده شوند به گیره کارگاهی بسته و سپس با سوهان به دقت و به آرامی به سر نمونه زاویه داده شد. سپس نمونه را از گیره باز کرده و همان سر نمونه را مجدداً به گیره در حالت عکس بسته و طرف مقابل نیز با سوهان به آرامی زاویه دار شد. یک سمت نمونه های لازم برای طرح پخ جناقی دو طرفه به همین شکل از دو طرف زاویه دار شد. سپس از کنار هم قرار گرفتن سرهای سوهان زده شده کنار هم طرح پخ دو طرفه جناقی شکل به وضوح ایجاد شده بود.

تهیه فیلر به عنوان ماده پرکننده
در جوشکاری تفلون نیز همانند جوشکاری فلزات نیاز بود ماده‌ای پر کننده برای پر کردن درز جوش و ایجاد اشتحکان بیشتر استفاده شود. برای این منظور سعی شد فیلری با مقطع گرد با ضخامت 2 یا 3 میلی متر از بازار خریداری شود. متأسفانه تفلون با مقطع گرد در بازار با این قطر موجود نبود و حداقل اندازه مقطع در تفلونهای مقطع گرد mm 10 بود. لذا به دلیل احساس بودن موضوع و لزوم حتمی آن اقدام به ساخت فیلر در کارگاه شد. مراحل کار به این شکل بود که ابتدا همان ورقهای تفلون که دارای ضخامت 5 میلی متر بود تهیه شد، سپس نوارهای باریکی از همان ورق تفلون به ابعاد سطح مقطع mm 5*5 و طول cm 30 بریده و به عنوان فیلر مورد استفاده قرار گرفت.

شرح عملیات جوشکاری با ابزار داغ
همانطور که ذکر شد روش جوشکاری انتخاب شده در این پروژه روش ابزار داغ است. لذا قصد مقایسه این روش با سایر روشهای جوشکاری تفلون را نداشته و به آن پرداخته نشده است. لذا این پروژه سعی در مقایسه حالات مختلف طرح اتصال و عملیات پیش گرم و پس گرم داشته و لازمه آن انجام جوشکاری با انواع طرح اتصال و شرایط مختلف دیگر بود. که در ذیل به آنها پرداخته شده است.

جوشکاری تفلون در حالت سر به سر ساده بدون طرح پخ
برای این منظور ابتدا دو نمونه آماده سازی شده تفلون که هر یک دارای ابعاد mm 8*5 بودند به صورت سر به سر کنار هم گذاشته و موقعیتشان فیکس گردید. از آنجا که لازمه فیکس شدن صحیح قبل از جوشکاری ایجاد خال جوش است، با لبه باریک ابزار داغ شده از دو ناحیه بالا و پایین کمی ذوب موضعی و اتصال نقطه‌ای ایجاد شد. مشعل روشن را در حالتی مطمئن و ثابت در محل نزدیکی به سطح کار فیکس کرده و ابزار را در تماس با شعله گرم نگه داشته و فاصله با شعله حدوداً cm 5 بود. داغ و سرخ شدن بیش از حد ابزار موجب سوختن قطعه کار و فیلر شده و باعث تغییر ساختار و کاهش استحکام موضع جوش می گردد. برای انجام جوشکاری ابتدا لازم بود کمی فیلر گرم شود و به حات پلاستیک خود نزدیک شود از این رو در فاصله زیادی از شعله کمی به آن حرارت داده شد. سپس برای شروع کار ابتدا فیلر را از ابتدای درز جوش قرار داده و روی سطح با زاویه حدوداً 45 درجه شروع به حرکت شد. همزمان با دست دیگر ابزار داغ را برداشته و بسرعت روی فیلر گذشاته و کمی اعمال فشار گردید. سرعت حرکت فیلر و ابزار با هم برابر بوده و نباید از حد خاصی بیشتر شود. سرعت لازم به حدی انتخاب شد که فیلر فرصت کند با متریال اصلی آمیخته شود و از سوی دیگر ابزار هم با همان سرعت موفق به پخش و یکنواخت کردن فیلر پر کننده برروی موضع جوش شد. پس از اتمام کار، ده دقیقه زمان داده شد تا انجماد کاملاً صورت گیرد. در این مدت به هیچ عنوان قطعه جابجا نشد. سپس قطعه را برعکس کرده و دقیقاً عیناً این عملیات جوشکاری روی طرف دیگر درز جوش از پشت صورت گرفت. و مجدداً ده دقیقه زمان داده شده تا اتصال ایجاد شده کاملاً منجمد گشت.

جوشکاری تفلون به حالت سر به سر با طرح پخ چناقی دو طرفه
همانطور که گفته شد به دلیل اهمیت فراوان طرح پخ در جوشکاری لازم دیده شد آزمایشی در جهت بررسی این طرح پخ جناقی روی استحکام جوش انجام شود. در ابعاد mm 8*5 با ایجاد طرح پخ جناقی روی لبه‌های یک سر آنها ساخته شد. نمونه ها از طرف پخ زده شده به شکل سر به سر در کنار یکدیگر قرار گرفته و فیکس شدند. سپس خال جوش در قسمت بالا و پایین زده شد که کمک به فیکس شدن بیشتر بود. همانند حالت سر به سر ساده بدون طرح پخ، در اینجا هم با یک دست فیلر گرم شده و با دست دیگر ابزار داغ را با زاویه 45 درجه روی درز جوش به حرکت درآورده و عملیات جوشکاری آغاز شد. در اینجا به دلیل وجود طرح پخ جناقی و فضای خالی بیشتر نیاز به ماده پر کننده بیشتری بود لذا با کم کردن سرعت حرکت به اندازه نصف سرعت حرکت در حالت قبل، موجبات این امر فراهم شد که فیلر فرصت بیشتری برای پر کنندگی و ایجاد گرده جوش داشته باشد. سپس از اتمام جوشکاری تا آخر مسیر، ده دقیقه زمان داده شد تا انجماد صورت گیرد. سپس قطعه را برگردانده و عین عملیات انجام شده روی طرف اول برروی طرف دوم هم صورت گرفت.

جوشکاری تفلون به حالت لب روی لب
برای این حالت دو نمونه را به حالت لب روی لب روی هم فیکس کرده و طوری تنظیم شد که لبه یک نمونه به طول cm 1 روی لبه نمونه دیگر قرار گرفت. در اینجا هیچگونه طرح پخی در نظر گرفته نشد. سپس توسط ابزار داغ یک چوش نقطه‌ای در چند نقطه انجام شد. پس از اطمینان کافی از فیکس شدن نمونه ها عملیات جوشکاری آغاز شد که همانند حالات قبل ابتدا در یک طرف و سپس عین عملیات در طرف دیگر صورت گرفت. و برای هر طرف زمانی حدود 10 دقیقه جهت اطمینان از انجماد کامل در نظر گرفته شد و تا پایان انجماد، قطعه از حالت فیکس شده خارج نشد.
11-3- جوشکاری تفلون به حالت لب روی لب به همراه پرس هنگام انجماد
در این حالت هدف بررسی تأثیر پرس کردن موضوع جوش سپس از جوشکاری و قبل از انجماد کامل بود به گونه ای که انجماد موضع جوش تحت فشار صورت گیرد. برای این منظور به حالت قبل دو نمونه هر یک با ابعاد mm 8*5 آماده شد. سپس لبه یکی از نمونه ها در ناحیه سطحی قطعه با فیلر ذوب شده آغشته شد. سپس بالافاصله لبه نمونه دیگر روی آن گذاشته شد. از آنجا که ده دقیقه تا انجماد کامل فرصت باقی بود بی درنگ به جوشکاری لبه های اتصال پرداخته شد پس موضوع اتصال را بین دوفک گیره کارگاهی قرار داده و گیره تا حد امکان بسته شد. مقداری از ماده پر کننده که بین دو سطح روی هم قرار گرفته بود از لبه های درز جوش به شکل پلیسه بیرون زد که سپس از باز کردن قطعه از گیره از قطعه جدا شد. در این حالت قسمت اعظم انجماد موضع جوش در حالت پرس شده صورت گرفت.

خطاهایی که سعی شد هنگام جوشکاری از آنها اهتراز شود عبارتنداز:
1- غلط بودن زاویه سیم جوش نسبت به قطعه کار
2- کم یا زیاد بودن سرعت پیشروی
3- فقدان حرکت موجی هنگام کار
4- برخورد مستقیم منبع حرارتی با موضوع جوش و سوختن موضع
5- آماده نبودن سطح از لحاظ پخ زنی و یا نامناسب بودن پخ
6- آلودگی موضوع جوش
فاکتورهایی که سعی شد هنگام جوش بدست آیند عبارتنداز:
1- نفوذ ریشه جوش
2- وجود توازن مناسب بین حرارت بکاررفته و فشار اعمال شونده توسط ابزار.
3- آماده سازی صحیح سطوح جوش

جوشکاری تفلون همراه با عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم
نمونه هایی که در حالات قبل جوش داده شدند همگی بدون عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم صورت گرفت. در اینجا انواع طرح اتصال گفته شد، یعنی جوشکاری با طرح اتصال سر به سر ساده و سر به سر با طرح پخ جناقی دو رفه و لب روی لب ساده و لب روی لب همراه با پرس همگی مجدداً همراه با عملیات پیش گرم و پس گرم صورت گرفت ابتدا هر نمونه را به حالت طرح اتصال ویژه خود در مقابل نمونه دیگر گذاشته و کنار هم فیکس شدند . (توضیحات بدون در نظر گرفتن طرح اتصال می باشد. زیرا این عملیات برای هر چهار حالت طرح اتصال جداگانه صورت گرفت). سپس ابتدا موضع جوش توسط شعله مشعل پیش گرم شد. این عمل طوری صورت گرفت که شعله فاصله خود را حفظ کرده و موجب سوختن متریال نشود. حرارت دهی حدود 1 دقیقه بطول انجامید. سپس بلافاصله عملیات جوشکاری آغاز شد. فیلر با سرعت بیشتری حرکت داده شد و ابزار داغ هم با فشار بیشتری ماده پر کننده را در موضع جوش پخش کرد . این عملیات برای هر دو طرف موضع جوش صورت گرفت. سپس از اتمام کار 10 دقیقه فرصت داده شد تا انجماد کامل شود. سپس عملیات پس گرم انجام گرفت. نحوه کار به این صورت بود که مشعل با فاصله زیاد به ناحیه موضوع جوش و گرده جوش حرارت لازم را دارد تا عملیات پس گرم انجام شود . حرارت لازم نباید از حدود 200 درجه سانتیگراد بالاتر رود. طوری فاصله مشعل تنظیم شد که حدود دما کمتر از 250-200 درجه سانتیگراد در موضع جوش باشد. ذوب مجدد موضع جوش استحکام را کاهش می دهد. عملیات پس گرم باعث شد تا حد زیادی تنشهای پسماند فشاری که هنگام جوشکاری ایجاد شده بود از بین برود. همانطور که گفته شد این عملیات پیش گرم و پس گرم برای همه جوشها انجام شد تا مقایسه بین حالت بدون عملیات حرارتی و حالت همراه با عملیات حرارتی داشته باشیم.

ست کشش
پس از به اتمام رسیدن عملیات جوشکاری نمونه ها به روش ابزار داغ، وقت آن رسید که به تست نمونه ها پرداخته شود. لذا اقدام به تست کشش شد. برای تست کشش در پلاستیکها استانداردهایی وجود داشت از جمله استاندارد ISO 527 و یا استاندارد ASTM D638 در اینجا هدف از تست کشش بررسی میزان استحکام جوش حاصله بود. تست کشش در آزمایشگاه تخصصی مواد متالورژی دانشگاه آزاد یزد توسط دستگاه تست کشش این آزمایشگاه که مجهز به سیستم کامپیوتری برای ثبت نتایج حاصل بود انجام گرفت. دستگاه موجود در این آزمایشگاه دستگاه Universal Tasting machine ساخت شرکت GOTECH بود. برای مقایسه انواع طرح اتصال از نظر استحکام و بیان درصد استحکام نسبت به حالت مرجع لازم بود یک نمونه مادر وجود داشته باشد. لذا ابتدا یک نمونه در ابعاد cm 16*5 از جنس تفلون و از همان ورق تفلون اولیه تهیه شد. ابعاد طوری انتخاب شد که عرض نمونه مادر دقیقاً به اندازه عرض نمونه ها بوده و طول آن نیز به اندازه مجموع طول دو نمونه سر به سر به هم جوش داده شده ، بود. برای شروع ابتدا نمونه مادر تحت کشش و بار اعمالی قرار گرفت. سپس به تست نمونه ها پرداخته شد. از هر نمونه طرح اتصال به روش گفته شده در قبل سه نمونه تهیه شد و هر یک جداگانه مورد تست کشش قرار گرفت و نتایج سه بار کشش هر نمونه طرح اتصال ثبت گردید. هدف از تست سه نمونه در هر مدل طرح اتصال رسیدن به یک جواب میانگین در هر مدل طرح اتصال بود. و در هر مدل طرح اتصال جواب بدست آمده جواب متوسط بین حد ماکزیمم و مینیمم بود. این عملیات برای تمام نمونه ها انجام گرفت و برای هر نمونه با طرح اتصال ویژه خودش یک نمودار بدست آمده و توسط سیستم کامپیوتری دستگاه پرینت گرفته شد، ضمناً از کلیه نمونه ها جهت ایجاد ذهنیت بهتر عکس تهیه شد.

نتایج حاصل از تست نمونه شاهد
همانطور که ذکر شد پس از تهیه یک نمونه مادر به ابعاد cm 16*5 لازم بود تحت تست کشش قرار گیرد. این نمونه دارای هیچ شیاری نبود. کلاً پس از آغاز تست و شروع به ثبت نتایج، زمانی که نمونه مادر تحت تست قرار گرفت حدود 12 دقیقه بود و این طولانی شدن زمان تست بخاطر خاصیت نادر سوپر پلاستیسیته‌ای بود که نمونه مادر از خود نشان داد که بسیار جالب و قابل رؤیت بود. ابتدا قطعه شکل ظاهری خود را تحت اعمال بار کششی حفظ کرد. پس از گذشت زمانی حدود 1 دقیقه کم کم آثاری از گلویی شدن در لبه های کناری نمونه مادر دیده شد که در ابتدا بسیار ضعیف و محدود بود. با گذشت زمان این گلویی شدن ادامه پیدا کرد و کم کم قطعه از ناحیه وسط لاغرتر شد. این لاغر شدن تا جایی ادامه یافت که تقریباً گلویی شدن به شکل واضح و بسیار زیاد وسط قطعه نمایان بود. کم کم این ناحیه گلویی وسعت بیشتری پیدا کرد. پس از گلویی شدن هیچ شکستی رخ نداد . یعنی نقطه شکست نهایی وجود نداشت. و فقط افزایش وسعت ناحیه گلویی دیده شد. طوری که کم کم تغییر شکل پلاستیک در کل قطعه ما در دیده شد. ابتدا نمونه مادر تحت کشش ، ثابت و پایدار بود با گذشت زمان و با رسیدن تنش اعمالی به حد MPa 2/16 قطعه به منطقه تغییر شکل پلاستیک وارد شد و آغاز به گلویی شدن کرد. نهایتاً در تنش اعمالی MPa 28 به نقطه تسلم نهایی رسید. از آنجا به بعد قطعه به تغییر شکل پلاستیک کشسان ثابت خود ادامه داد. که دیگر ارزش بررسی و تحلیل نداشت اینجا پایان تست کشش نمونه مادر بود.

جوش پلاستیک چیست ؟

تست نمونه جوش با طرح اتصال سر به سر ساده
نمونه تهیه شده در این روش نمونه حساسی بود از این جهت که با راهکاری خاص سعی شد در محل اتصال بدون وجود طرح پخ و تنها از طریق نفوذ ریشه جوش و استحاکم گرده جوش، استحکام جوش ایجاد شود. سه نمونه برای این طرح انتخاب شد و نمونه متوسط به عنوان جواب در نظر گرفته شد. نهایت استحکام بدست آمده در این حالت MPa 8/9 بود. یعنی قطعه جوش داده شده از ناحیه جوش در بار MPa 8/9 تحت کشش شکسته شد. این نتیجه بدست آمده مخصوص نمونه جوشکاری شده به روش سر به سر ساده بدون طرح پخ بود. در این روش گرده جوش و میزان ریشه جوش از اهمیت ویژه ای برخوردار بود.

تست نمونه جوش با طرح اتصال سر به سر ساده همراه با عملیات پیش گرم و پس گرم
همانگونه که ذکر شد پس از جوشکاری نمونه های بدون عملیات حرارتی، مجدداً مشابه نمونه ها آماده و تهیه شد و این بار تحت عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم قرار گرفت. دمای عملیات پیش گرم و پس گرم در محدوده 250-200 درجه سانتیگراد تنظیم شد. نتایج بدست آمده برای استحکام جوش حاصله به این روش برای حالت طرح اتصال سر به سر ساده با حالت بدون عملیات حرارتی تفاوت داشت. نهایت استحکام بدست آمده برای این جوش که با عملیات حرارتی همراه بوده است، MPa 2/14 شد. یعنی نمونه جوش داده شده به روش سر به سر ساده بدون طرح پخ همراه با عملیات پیش گرم و پس گرم به طور متوسط استحکام MPa 2/14 را از خود نشان داد.

تست نمونه جوش سر به سر با طرح پخ جناقی دو طرفه
در این نوع طرح اتصال نمونه ریشه جوش بسیار بهتر و راحتتر صورت گرفت. هدف از ایجاد طرح پخ جناقی هم همین بود. از این رو ابتدا نفوذ ها پخ زنی شده سپس اقدام به جوشکاری و نهایتاً تست نمونه ها شد. وجود طرح پخ جناقی شکل در دو طرف ناحیه جوش موقعیتی مناسب را برای نمونه ریشه جوش مهیا کرد که شاید با طرح پخ جناقی یکطرفه این نتایج ایجاد نمی شد. پس از تست نمونه که زمان نسبتاً طولانی تر نسبت به حالت بدون طرح پخ به طول انجامید، نهایتاً قطعه در تنش اعمالی MPa 8/17 تسلم شد. و شکست قطعه در ناحیه جوش رخ داد.

تست نمونه جوش سر به سر با طرح پخ جناقی دو طرفه همراه با عملیات پیش گرم و پس گرم
اضافه کردن مرحله عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم به طرح اتصال سر به سر ساده تأثیر خوبی داشت لذا در مورد طرح اتصال سر به سر با طرح پخ جناقی دوطرفه هم این عملیات انجام گرفت تا اثباتی باشد بر اثر مطلوب عملیات حرارتی برروی نمونه های جوشکاری شده . محدوده دمایی عملیات پیش گرم و پس گرم در اینجا هم در محدوده 250-200 درجه سانتیگراد بود. البته برای پیش گرم کردن نمونه قبل از عملیات جوشکاری کمی بالاتر رفتن دمای پیش گرم جایز در نظر گرفته شد. استحکام نهایی که قطعه جوش داده شده تحمل کرد MPa 6/21 بود. نتیجه بهتر نسبت به حالت بدون عملیات حرارتی به وضوح دیده شد. یعن در این حالت قطعه در مدت زمانی طولانی تر نسبت به حالت قبل و در قبل و در تنش اعمالی MPa 6/21 از ناحیه جوش شکسته شد.

تست نمونه جوش با طرح اتصال لب روی لب
برای بررسی اثر تغییر طرح اتصال از حالت سر به سر، طرح اتصال لب روی لب انتخاب شد. در این طرح لبه های دو قطعه cm 8*5 ، برروی یکدیگر قرار گرفته و قسمتی از سطحشان از ناحیه سر آنها برروی هم قرار گرفت. این نمونه طرح اتصال از مدلهای اتصال معروف و شناخته شده طرح اتصال است که در فلزات نیز هنگام جوشکاری استفاده زیادی می شود . جوش حاصله به این طریق نهایتاً برای تست کشش آماده شد. نهایت استحکامی که قطعه جوشکاری شده در این روش از خود نشان داده نهایتاً MPa 4/4 شد. یعنی قطعه از ناحیه جوشکای شده در تنش اعمالی MPa 4/4 شکسته شد.

تست نمونه جوش با طرح اتصال لب روی لب همراه با عملیات پیش گرم و پس گرم
در این مورد نیز بررسی اثر عملیات حرارتی پیشگرم و پس گرم مورد توجه قرار گرفت. رنج دمایی در این طرح اتصال هم همان 250-200 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد که با تنظیم فاصله مشعل این محدوده دمایی کنترل شد.

تست جوش لب روی لب تحت پرس همراه با عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم:
نمونه تست شده در این حالت هم با طرح اتصال لب روی لب جوش داده شد و هم تحت پرس قرار گرفت ضمناً قبل از عملیات جوشکاری تحت پیش گرم قرار گرفت و بعد از عملیات جوشکاری نیز تحت عملیات حرارتی پس گرم واقع گردید.

با مقایسه نتایج درمیابیم عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم تأثیر زیادی در افزایش استحکام بدست آمده داشته است. در حالت سر به سر ساده بدون عملیات حرارتی استحکام بدست آمده MPa 8/9 بود و در حالت همراه با عملیات حرارتی استحکام به MPa 2/14 رسید. یعنی 16 درصد افزایش استحکام در این حالت دیده می شود. در طرح اتصال سر به سر همراه با طرح پخ جناقی با انجام عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم، استحکام حاصله از MPa 8/17 به MPa 6/21 رسید یعنی 13 درصد افزایش استحکام دیده شد. در مورد طرح اتصال لب روی لب بدون پرس با انجام عملیات حرارتی 26 درصد افزایش استحکام ایجاد شد و در حالت تحت پرس نیز با انجام عملیات حرارتی 10 درصد افزایش استحکام بدست آمد. نتایج حاصل شده به وضوح تأثیر شدید عملیات پیش گرم و پس گرم را برروی استحکام موضع جوش نشان می دهد.
بدون در نظر گرفتن عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم تفاوتی واضح بین استحکامات حاصل از طرح اتصالات مختلف دیده شد. در برخی طرح اتصالات استحکام کمتری حاصل شد و در برخی استحکام قابل قبول تری بدست آمد. در حالت عملیات حرارتی شده استحکام بدست آمده از بیشترین استحکام به کمترین استحکام به ترتیب زیر می باشد.
1- سر به سر با طرح پخ جناقی دو طرفه MPa 6/21
2- لب روی لب تحت پرس MPa 4/18
3- سر به سر ساده بدون طرح پخ MPa 2/14
4- لب روی لب بدون پرس MPa 7/11

همانطور که مشاهده می شود نوع طرح اتصال تأثیر خودش را برروی استحکام بدست آمده به وضوح نشان می دهد. طرح اتصال سر به سر با طرح پخ جناقی همراه با عملیات حرارتی استحکام بسیار خوبی ایجاد کرد. این استحکام بدست آمده کاملاً قابل قبول بود. طرح اتصالی مانند لب روی لب ساده بدون پرس استحکام بسیار پایینی ایجاد کرد. استحکام MPa 4/4 به هیچ وجه استحکام قابل قبولی نبود. با ایجاد حالت پرس هنگام انجماد این نتیجه بخوبی بهبود بخشیده شد و به MPa 6/15 در حالت بدون عملیات حرارتی و MPa 4/18 در حالت همراه با عملیات حرارتی، رسید. که همگی حاکی از تأثیر بسیار زیاد عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم بود.
تأثیر پرس نیز در حالت جوشکاری با طرح اتصال لب روی لب بسیار اساسی و واجب نشان داده شد. پرس ضمن افزایش سطح جوش باعث مستحکم‌تر شدن جوش حاصله بواسطه نفوذ بهتر ماده پر کننده شد.

جوش پلاستیک چیست؟

واژه ها: جوش پلاستیک، روش های جوش پلاستیک چیست، انواع جوش پلاستیک چیست، نحوه جوش پلاستیک، شیوه جوش پلاستیک، تست جوش پلاستیک چیست، جوش فایبرگلاس، جوشکاری پلاستیک چیست، ابزار جوش پلاستیک چیست، لوازم جوش پلاستیک چیست، فیلر جوش پلاستیک چیست، سیم جوش پلاستیک چیست، هویه جوش پلاستیک چیست، Plastic Welding