جوشکاری پلاستیک فرایندی است که در آن دو قطعه پلاستیکی همجنس با استفاده از حرارت، فشار یا ترکیب هر دو به یکدیگر متصل میشوند تا یکپارچگی ساختاری پیدا کنند. این کار معمولاً در سه مرحله آمادهسازی سطح، اعمال حرارت برای ذوب موضعی و اعمال فشار برای خنک شدن و اتصال نهایی انجام میشود. رایجترین روشهای این کار شامل جوش گاز داغ، اکستروژن، اولتراسونیک، اصطکاکی و لیزری است که هر کدام برای نوع خاصی از پلیمرها و صنایع کاربرد دارند.
در جدول زیر، پرکاربردترین روشهای جوش پلاستیک به همراه تجهیزات اصلی مورد نیاز و کاربردهای رایج هر روش در تعمیرات و صنایع مختلف آورده شده است تا بتوانید با توجه به نوع قطعه و کاربرد آن، روش مناسب جوشکاری را انتخاب کنید:
انتخاب روش درست برای جوشکاری یک قطعه پلاستیکی به عوامل متعددی از جمله ضخامت قطعه کار، نوع پلیمر، هندسه قطعه، سرعت مورد نیاز خط تولید و بودجه پروژه بستگی دارد. در صنعت پلاستیک، مهندسان روشهای مختلفی توسعه دادهاند که شناخت دقیق هر کدام برای یک تکنسین ضروری است:
این روش یکی از در دسترسترین و پرکاربردترین روشهای جوشکاری پلاستیک در کارگاهها است. در این روش، سشوار صنعتی هوای داغ را با فشار و دمای تنظیمشده به لبههای دو قطعه و مفتول پلاستیکی هدایت میکند تا هر سه همزمان گرم و ذوب شوند. اپراتور سشوار را با یک دست نگه میدارد و با دست دیگر مفتول را روی درز حرکت میدهد تا مواد ذوبشده بهخوبی با یکدیگر ترکیب شوند.
سشوار معمولاً با زاویه حدود ۴۵ درجه نسبت به قطعه قرار میگیرد و مفتول عمود بر درز نگه داشته میشود. این روش برای ساخت مخازن آب متوسط، تعمیر قطعاتی مانند باک بنزین و اجرای لولهکشیهای صنعتی کاربرد دارد. تجهیزات آن ارزان و قابل حمل است، ولی اجرای صحیح جوش به مهارت اپراتور وابسته است؛ زیرا تغییر سرعت حرکت یا فاصله نازل میتواند باعث سوختن یک قسمت و ذوب نشدن جامع قسمت دیگر شود.
نکته مهم: برای جلوگیری از سوختگی پلیمر و یکدست شدن کار، بهتر است از نازلهای سرعت استفاده کنید. این نازلها مفتول پلاستیکی را مستقیماً به داخل درز هدایت کرده و با پیشگرم کردن همزمان مفتول و سطح کار، هم سرعت اجرای جوش را چند برابر میکنند و هم احتمال خطای دست اپراتور را به حداقل میرسانند.
وقتی ضخامت ورق یا قطعه پلاستیکی بیشتر از شش تا هشت میلیمتر باشد، حرارت سشوار صنعتی به عمق کار نفوذ نمیکند و روش گاز داغ کارایی لازم را ندارد؛ در این شرایط باید از دستگاه اکسترودر دستی استفاده کرد. این دستگاه مانند یک چرخگوشت حرارتی عمل میکند؛ مفتول پلاستیکی با قطر معمولاً ۳ تا ۵ میلیمتر وارد دستگاه میشود و در محفظهای مجهز به المنت و مته مارپیچ ذوب و مخلوط میشود. سپس پلاستیک مذاب با فشار بالا از طریق کفشک تفلونی روی درز اتصال قرار میگیرد.
اکسترودر همزمان با تزریق پلاستیک مذاب، هوای داغ را روی سطح قطعه میدمد تا محل اتصال برای چسبیدن بهتر مواد آماده شود. این روش برای ساخت مخازن بزرگ ذخیره اسید، تجهیزات تصفیهخانه، حوضچههای پرورش ماهی و اتصال لولههای قطور آب و فاضلاب کاربرد دارد و میتواند درزهای بزرگ و عمیق را با سرعت بیشتری پر کند.
در این تکنیک پیشرفته، برخلاف روشهای حرارتی معمول، هیچ منبع گرمای خارجی مانند المنت یا شعله وجود ندارد. دستگاه با ایجاد ارتعاشات مکانیکی با فرکانس بالا، معمولاً بین ۲۰ تا ۴۰ کیلوهرتز، اصطکاک شدیدی در محل تماس دو قطعه پلاستیکی ایجاد میکند. این ارتعاشات از طریق قطعهای به نام هورن به محل اتصال منتقل میشوند و در کسری از ثانیه، حرارت لازم برای ذوب لبههای دو قطعه را ایجاد میکنند.
پس از قطع ارتعاش، دستگاه همچنان قطعات را تحت فشار نگه میدارد تا مواد مذاب خنک شده و اتصال شکل بگیرد. این روش سرعت بالایی دارد، تمیز است و به مفتول پرکننده نیاز ندارد؛ از سوی دیگر دود یا بخار قابلتوجهی ایجاد نمیکند. به همین دلیل در خطوط تولید انبوه، از ساخت قطعات داخلی خودرو مانند داشبورد و چراغها گرفته تا بستهبندی مواد غذایی، اسباببازی، قطعات الکترونیکی و تجهیزات پزشکی یکبارمصرف کاربرد گستردهای دارد.
این روش که در بازار ایران با نام جوش بات فیوژن نیز شناخته میشود، بیشتر برای اتصال قطعات پلاستیکی با سطح مقطع صاف کاربرد دارد. در این روش، دو قطعه روی یک صفحه فلزی داغ با روکش نچسب تفلون قرار میگیرند و با فشار مشخص به صفحه چسبانده میشوند تا لبههای آنها ذوب شده و لایهای یکنواخت از پلاستیک خمیری ایجاد شود. سپس صفحه داغ سریعتر کنار میرود و دو قطعه ذوبشده با فشار جکهای هیدرولیکی یا دستی به یکدیگر متصل میشوند.
سرعت عمل در این مرحله اهمیت زیادی دارد؛ زیرا اگر فاصله بین برداشتن صفحه داغ و اتصال قطعات زیاد شود، سطح پلاستیک سرد شده و کیفیت جوش نزول پیدا میکند. این روش برای جوش دادن لولهها و اتصالات پلیمری انتقال آب و گاز با قطر بالا و قطعات دارای شکل هندسی پیچیده مناسب است و در صورت اجرای صحیح، استحکام اتصال میتواند به استحکام خود ماده اولیه نزدیک شود و فشار بالایی را تحمل کند.
در این روش که بر پایه قوانین ساده فیزیک کار میکند، یک قطعه بهصورت جامعاً ثابت داخل فیکسچر نگه داشته میشود و قطعه دیگر که به یک محور دوار متصل است، با سرعت بسیار بالا روی آن میچرخد و همزمان به سمت پایین فشار داده میشود. اصطکاک شدید ناشی از این چرخش، دمای سطح تماس را بالا میبرد و باعث ذوب شدن سطح دو قطعه میشود.
پس از رسیدن سطح تماس به دمای مناسب و ایجاد لایهای از پلاستیک مذاب، چرخش متوقف میشود؛ با این حال فشار همچنان اعمال میشود تا پلاستیک مذاب خنک شده و دو قطعه به یکدیگر جوش بخورند. این روش بیشتر برای قطعاتی با سطح مقطع دایرهای یا استوانهای مناسب است. تولید انواع شناورها، فیلترهای تصفیه آب خانگی، محفظه پمپهای پلاستیکی و قطعات لولهایشکل از کاربردهای اصلی جوش چرخشی در صنعت هستند.
تکنولوژی لیزر قابلیت جوشکاری دقیق، تمیز و ظریف قطعات پلاستیکی را فراهم کرده است. در این روش که جوشکاری انتقال لیزر نام دارد، پرتو لیزر از قطعه پلاستیکی شفاف عبور میکند و به قطعه زیرین میرسد که تیرهرنگ و جاذب نور است. قطعه تیره انرژی لیزر را جذب کرده و گرم میشود؛ این حرارت از طریق تماس به قطعه شفاف بالایی منتقل میشود و هر دو لایه در محل اتصال ذوب و به یکدیگر متصل میشوند.
این روش در صنایع حساس مانند تولید تجهیزات پزشکی مینیاتوری، قطعات الکترونیکی دقیق، سنسورهای خودرو و تجهیزات آزمایشگاهی کاربرد دارد. مهمترین مزیت جوش لیزری این است که در محل اتصال، ذرات اضافی، پلیسه یا تنش مکانیکی ایجاد نمیکند و در خروجی ظاهر قطعه تمیز و بدون نقص باقی میماند.
در این روش سنتی و کاربردی، به جای حرارت از یک حلال شیمیایی برای نرم کردن سطح پلاستیک استفاده میشود. حلال با نفوذ به سطح پلاستیک، زنجیرههای پلیمری را موقتاً از هم باز میکند و لایهای نرم و چسبناک روی سطح ایجاد میشود. با قرار گرفتن دو قطعه روی یکدیگر و اعمال فشار، زنجیرههای پلیمری دو قطعه با هم ترکیب میشوند.
پس از تبخیر مفصل حلال، سطوح دوباره سخت شده و دو قطعه بهصورت یکپارچه به هم متصل میشوند. اتصال لولههای PVC در سیستمهای فاضلاب خانگی با چسب مخصوص PVC نمونهای از جوش حلال است. در این روش باید به زمان تبخیر حلال توجه کرد و به دلیل تولید بخارات سمی و قابلاشتعال، از انجام کار در محیطهای بسته خودداری شود.
نکته مهم: دقت کنید که حلالهای شیمیایی بر خلاف روشهای حرارتی، توانایی پر کردن شکافها و فاصلههای خالی را ندارند. برای یک جوش حلال موفق، قطعات باید حتماً انطباق پرسی داشته باشند؛ یعنی لبهها جامعاً مماس و کیپِ هم باشند تا پس از تبخیر حلال، زنجیرههای پلیمری فرصت قفل شدن در یکدیگر را پیدا کنند.
برای اینکه بتوانید یک قطعه پلاستیکی را جوش بدهید، باید نوع آن را بشناسید. پلاستیکها به دو دسته کلی ترموپلاستیک و ترموست تقسیم میشوند. ترموپلاستیکها یا گرمانرمها موادی هستند که با حرارت دیدن نرم و با سرد شدن دوباره سخت میشوند. پلیاتیلن، پلیپروپیلن و پیویسی در این دسته قرار دارند و قابلیت جوشکاری دارند. در مقابل، ترموستها یا گرماسختها پس از تولید و شکلگیری اولیه، با حرارت دیدن تغییر حالت نمیدهند و در صورت اعمال حرارت زیاد میسوزند. قطعات باکالیت یا رزینهای اپوکسی از نوع ترموست هستند و به هیچ وجه جوش نمیخورند.
هر پلاستیکی ساختار شیمیایی و رفتار حرارتی متفاوتی دارد و باید با مفتول همجنس خودش و در دمای اختصاصی خود جوش بخورد. شناخت این پلیمرها برای انتخاب روش کار و تنظیمات دستگاه ضروری است:
پلیاتیلن به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و مواد شیمیایی، در ساخت محصولات مختلف کاربرد دارد. لولههای آبرسانی، مخازن نگهداری اسید و سطلهای زباله شهری از جمله محصولاتی هستند که با این ماده ساخته میشوند. برای جوشکاری پلیاتیلن معمولاً از روشهای اکستروژن و صفحه داغ استفاده میشود.
این پلیمر مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به پلیاتیلن دارد و در ساخت قطعات داخلی خودرو، لولههای آب گرم و تجهیزات آزمایشگاهی استفاده میشود. روش گاز داغ و اولتراسونیک برای اتصال قطعات پلیپروپیلن بسیار مناسب هستند.
پیویسی پلاستیکی سخت و مقاوم است که در ساخت در و پنجره، لولههای فاضلاب و ورقههای صنعتی کاربرد دارد. جوشکاری پیویسی نیازمند تهویه مناسب است؛ زیرا در اثر حرارت ممکن است گازهای سمی آزاد کند. برای اتصال این ماده نیز معمولاً از روش جوش حلال و گاز داغ استفاده میشود.
نکته مهم: پلیمر PVC در برابر حرارت بالا بسیار حساس است؛ اگر دمای دستگاه حتی کمی از محدوده استاندارد بیشتر شود، پلاستیک میسوزد و گاز خورنده کلرید هیدروژن آزاد میکند. این گاز علاوه بر ترد و شکننده کردن محل جوش، بهمرور باعث خوردگی و استهلاک تجهیزات فلزی و ابزارهای کارگاه میشود؛ بنابراین دمای دستگاه باید متناسب با نوع پلاستیک تنظیم شود. از سوی دیگر در زمان انجام جوشکاری پی وی سی، استفاده از تهویه مناسب یا هود مکنده برای خروج بخارات ضروری است.
پلاستیک ABS یکی از مواد پرکاربرد در ساخت و تعمیر قطعات خودرو و لوازم خانگی است و در قطعاتی مانند فلاپ موتورسیکلت، قاب داشبورد، قاب مانیتور و بخشهایی از سپر خودرو دیده میشود. برای تعمیر این قطعات، جوشکاری گاز داغ با سشوار صنعتی و نازل مخصوص یکی از روشهای مناسب است. برای ایجاد اتصال محکم، ابتدا باید در امتداد ترک یا شکستگی یک شیار V شکل ایجاد و سپس از مفتول همجنس ABS استفاده شود. دمای مناسب برای ذوب و اتصال این پلاستیک نیز معمولاً حدود ۳۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد است. در ادامه در تولید صنعتی محصولات ABS، از روش جوشکاری اولتراسونیک برای اتصال سریعتر و دقیق قطعات استفاده میشود.
صنعت پلاستیک در ایران به دلیل وجود منابع غنی پتروشیمی گستردگی بسیار بالایی دارد و تسلط بر مهارتهای جوشکاری پلاستیک میتواند فرصتهای شغلی پردرآمد و متنوعی را برای افراد ایجاد کند:
در روز جاریه بسیاری از سپرهای خودرو، قاب آینهها، پایه چراغها، سینیهای زیر موتور و حتی منیفولدهای هوا از پلاستیکهای مهندسی ساخته میشوند و تعویض آنها، بهخصوص در خودروهای وارداتی، هزینه زیادی برای مالک دارد. یک متخصص میتواند با استفاده از سشوار صنعتی باکیفیت، توریهای فلزی تقویتکننده برای توزیع فشار و مفتول مناسب، معمولاً از جنس PP-EPDM یا ABS، ترکها، پارگیها و حتی بخشهای از دسترفته سپر را بهگونهای ترمیم کند که استحکام آن تا حد زیادی به حالت اولیه برگردد و پس از رنگآمیزی اثری از تعمیر باقی نماند.
در کشاورزی مدرن و پروژههای آبرسانی، لولههای پلیاتیلن به دلیل رسوبنگرفتن، وزن کم و مقاومت در برابر اشعه ماوراءبنفش، تا حد زیادی جایگزین لولههای فلزی شدهاند. اتصال این لولهها در مسیرهای طولانی با استفاده از دستگاه جوش صفحه داغ یا همان بات فیوژن انجام میشود. اپراتور ابتدا لبههای لوله را با رنده مخصوص صاف میکند، سپس آنها را با صفحه داغ گرم کرده و تحت فشار هیدرولیک به هم متصل میکند. اجرای دقیق این مراحل، اتصال آببندیشدهای ایجاد میکند تا خط لوله بتواند فشار بالای پمپهای آبرسانی را بدون نشتی تحمل کند.
کارخانههای تولید مواد شوینده، آبکاریهای صنعتی، صنایع داروسازی و کارخانجات مواد غذایی برای نگهداری اسیدها، بازها و سیالات خورنده نمیتوانند از مخازن فلزی استفاده کنند و به همین دلیل به مخازن پلاستیکی سفارشی نیاز دارند. این مخازن با برش ورقهای ضخیم پلیاتیلن یا PVC و اتصال آنها با اکسترودر دستی ساخته میشوند. تکنسینهای این حوزه باید با اصول طراحی مخزن، توزیع تنش و اجرای جوشهای چندپاسه، یعنی پر کردن درز با چند لایه پلاستیک، آشنا باشند تا مخزن در برابر فشار مایعات دچار نشتی یا پارگی نشود.
در کارخانجات تولید لوازم خانگی ایرانی، قطعاتی مثل بدنه جاروبرقی، دیگ ماشین لباسشویی، محفظه آبمیوهگیری و قاب تجهیزات الکترونیکی در خطوط تولید نیازمند اتصالاتی محکم، شتابان و بدون درز هستند. استفاده از پیچ و مهره هم زمانبر است و هم ظاهر محصول را خراب میکند؛ به همین دلیل در این کارخانهها، دستگاههای جوش اولتراسونیک نقش کلیدی در مونتاژ قطعات دارند. در این روش اپراتور قطعات را داخل فیکسچر دستگاه قرار میدهد و با فشردن یک پدال، در کمتر از یک ثانیه قطعات به صورت جامعاً تمیز و غیرقابل نفوذ به هم جوش میخورند.
در این بخش، تجربههای واقعی تکنسینها و کاربران را تحلیل میکنیم تا ببینیم چه اشتباهات کوچکی باعث خرابی کار میشود و چطور میتوان با رعایت چند نکته ساده، یک جوش بینقص و بادوام ایجاد کرد:
رضا از کرج که تازه کارگاه فایبرگلاس و تعمیر سپر باز کرده بود، متوجه شد تمام سپرهایی که جوش میدهد بعد از چند روز از همان نقطه ترک میخورند. او لبههای ترک را به هم میچسباند و مفتول را روی آن ذوب میکرد. مشکل این بود که رضا قبل از جوشکاری، لایه رنگ، کیلر و آستر روی سپر را نمیتراشید. پلاستیک مذاب به جای اینکه با بافت اصلی سپر درگیر شود، روی لایه رنگ مینشست و یک اتصال مفصلاً کاذب و سست ایجاد میکرد. با سمباده زدن و رسیدن به پلاستیک خام قبل از جوش، مشکل باز شدن ترکها دقیقاً حل شد.
نکته مهم: در تعمیر سپر قبل از اعمال حرارت حتماً رنگ و آستر اطراف ترک را تا رسیدن به پلاستیک خام بتراشید تا مفتول پرکننده مستقیماً با خود پلیمر پیوند بخورد.
امید از تهران تلاش کرد قاب پلاستیکی بالای رادیاتور پژو را که ترک خورده بود، با مفتول رایج پلیپروپیلن (PP) جوش دهد. ظاهر جوش تمیز شد، اما با گرم شدن موتور، رادیاتور دوباره نشتی داد. ارزیابی بیشتر نشان داد این قطعه برای تحمل حرارت بالا از پلیآمید (PA) یا همان نایلون ساخته شده است؛ بنابراین مفتول PP نمیتوانست اتصال مناسبی با آن ایجاد کند و جوش در برابر حرارت دوام نیاورد.
نکته مهم: هنگام انتخاب مفتول، کد حکشده روی قطعه را ارزیابی کنید. قطعات زیر کاپوت معمولاً از پلاستیکهای مهندسی مانند PA ساخته میشوند و مفتولهای معمولی مورد استفاده برای سپر، برای آنها مناسب نیستند.
محمد از اصفهان برای رفع نشتی یک مخزن پلیاتیلن هزار لیتری، مقدار زیادی پلاستیک مذاب را با اکسترودر روی شکاف مخزن تزریق کرد. اما بعد از آبگیری، مخزن از زیر همان لایه جوش دوباره نشتی داد. اشتباه محمد این بود که ترک را باز نکرده بود و پلاستیک فقط روی سطح کار چسبیده بود و به عمق نفوذ نداشت. او دفعه بعد با استفاده از فرز مینیاتوری، کل مسیر ترک را به شکل یک شیار V شکل (هفت مانند) تراشید و سپس داخل این درز را با اکسترودر پر کرد.
نکته مهم: در قطعات ضخیم برای جوشکاری قطعاتی با ضخامت بیشتر از سه میلیمتر، حتماً قبل از جوشکاری یک شیار V شکل روی مسیر ایجاد کنید تا پلاستیک مذاب جامعاً در عمق قطعه نفوذ کند.
سینا از تبریز در یک کارگاه تولید قطعات پلاستیکی کار میکرد و برای بالا بردن سرعت کار، بلافاصله بعد از اتمام جوشکاری هر قطعه، یک دستمال خیس روی محل اتصال میگذاشت تا زودتر خنک شود و قطعه بعدی را ابتدا کند. بعد از مدتی مشتریان شاکی شدند که قطعات با کوچکترین ضربهای میشکنند. سرد کردن شتابان پلاستیک با آب، باعث ایجاد شوک حرارتی و خشک و شکننده شدن شدید ساختار پلیمر در نقطه اتصال میشود. وقتی او اجازه داد قطعات در دمای طبیعی کارگاه خنک شوند، مشکل شکنندگی رفع شد.
نکته مهم: در فرآیند خنک کاری هرگز برای تشتابان کار از آب، دستمال خیس یا باد سرد کمپرسور استفاده نکنید. پلاستیک باید روند افت دمای خود را به صورت طبیعی و تدریجی طی کند تا مقاومت کششی آن حفظ شود.
نوشته انواع جوش پلاستیک و کاربردهای آن اولین بار در آموزشگاه فنی و حرفه ای فن آموزان. پدیدار شد.
در این مطلب اطلاعات، جزئیات و نکات مرتبط با انواع جوش پلاستیک و کاربردهای آن بررسی شده است.
این موضوع به دلیل اطلاعات و کاربردهای مرتبط، مورد توجه کاربران قرار گرفته است.
جزئیات مهم و نکات قابل توجه درباره قطعه در متن مقاله بررسی شده است.
برچسب:
نویسنده: امیر علوی