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Aug 29, 2023

Par rapport au soudage par ultrasons et au soudage par vibration, le soudage par plaque chauffante présente deux grands avantages : il peut souder de grandes pièces et des pièces courbes. Photo avec l'aimable autorisation de Best Tool and Engineering Co.

La plateforme TH3 peut être équipée pour effectuer du soudage infrarouge, du soudage à plaque chauffante ou du soudage au gaz chaud. Photo courtoisie Dukane

En raison de la quantité de matériau fondu, le soudage à la plaque chauffante produit des joints solides et hermétiquement scellés. Photo courtoisie Sonimat

Dans l'industrie automobile, le soudage à la plaque chauffante est utilisé pour assembler les phares, les feux arrière, les conduits, les collecteurs, les batteries, les réservoirs de carburant, les boîtiers de filtre et les réservoirs de liquide de refroidissement et de liquide. Photo courtoisie Bielomatik

La servocommande donne aux ingénieurs un contrôle précis sur la force de soudage, la vitesse et le déplacement. Il peut également détecter des erreurs, telles qu'une pièce déformée ou une pièce mal chargée. Photo avec l'aimable autorisation de Totally Automated Systems

Dans le soudage à plaque chauffante, les montages peuvent être orientés verticalement ou horizontalement. Un orifice d'aspiration peut être installé à l'arrière d'un ou des deux luminaires pour maintenir les pièces en place. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Forward Technology

Le soudage à la plaque chauffante est l'une des méthodes les plus simples et les plus polyvalentes pour assembler deux pièces en plastique. La technologie peut souder de petites ou de grandes pièces, des pièces plates ou profilées. Il peut souder un assemblage à la fois ou plusieurs assemblages simultanément. Dans de nombreux cas, le soudage par plaque chauffante fonctionne lorsque d'autres méthodes d'assemblage, telles que le soudage par ultrasons et le soudage par vibration, ne fonctionnent pas.

Dans l'industrie automobile, la technologie est utilisée pour assembler les phares, les feux arrière, les conduits, les collecteurs, les batteries, les réservoirs de carburant, les boîtiers de filtre et les réservoirs de liquide de refroidissement et de liquide. Les fabricants d'appareils électroménagers utilisent le soudage à la plaque chauffante pour assembler les bras gicleurs des lave-vaisselle ; agitateurs et anneaux d'équilibrage pour machines à laver; brosses pour aspirateurs; et réservoirs pour fers à vapeur. Dans l'industrie de la quincaillerie, la technologie est utilisée pour souder les cadres de fenêtres et de portes. Les fabricants de dispositifs médicaux utilisent le soudage à la plaque chauffante pour assembler des conteneurs pour objets tranchants et des masseurs de pieds. La technique est même utilisée pour réaliser de grands assemblages, tels que des fûts, des palettes et des caisses.

Le soudage à la plaque chauffante est un processus en six étapes. Tout d'abord, les deux moitiés de l'assemblage sont chargées dans des luminaires sur mesure. Le chargement est généralement effectué manuellement, bien qu'il puisse également être effectué avec un robot à six axes. Les luminaires peuvent être orientés verticalement ou horizontalement. Un orifice d'aspiration peut être installé à l'arrière d'un ou des deux luminaires pour maintenir les pièces en place. Lorsqu'il est chargé, seule une petite partie de chaque pièce dépasse de l'appareil.

L'orientation des luminaires dépend de l'application. Les appareils verticaux sont souvent préférés, car ils sont plus faciles à charger pour les opérateurs. Avec des luminaires horizontaux, les opérateurs peuvent avoir des difficultés à voir, et donc à charger, la moitié supérieure du luminaire. Les assemblages de phares et de feux arrière sont généralement réalisés dans des luminaires verticaux.

D'autre part, les montages horizontaux sont les meilleurs si l'assemblage a des composants internes. De cette façon, les composants peuvent être insérés dans la moitié inférieure de l'assemblage sans craindre que les pièces ne tombent. Les fixations horizontales conviennent également mieux aux pièces longues et flexibles, telles que les conduits d'un tableau de bord automobile.

Les montages sont reliés à des glissières linéaires alimentées par des vérins pneumatiques, des vérins hydrauliques ou des vis à billes servocommandées. Ce dernier permet aux ingénieurs de contrôler avec précision la force, la vitesse et le déplacement de soudage. Il peut également détecter des erreurs, telles qu'une pièce déformée ou une pièce mal chargée.

Lorsque la machine est actionnée, un plateau chauffant se déplace entre les deux appareils. Les fixations pressent ensuite les pièces contre le plateau pendant un temps défini jusqu'à ce qu'une petite portion de plastique autour du bord de chaque pièce fonde. Les arrêts mécaniques intégrés aux fixations et au plateau empêchent la fusion d'une trop grande quantité de matériau. (La servocommande évite le besoin d'arrêts brusques.)

Une fois le plastique fondu, les fixations s'écartent, la platine se retire et les fixations se rapprochent à nouveau. Les pièces sont pressées ensemble et maintenues pendant un temps déterminé afin que les bords fondus fusionnent au fur et à mesure que le plastique refroidit. Enfin, les fixations se séparent à nouveau et l'ensemble est déchargé.

Au total, le temps de cycle pour le soudage à la plaque chauffante varie de 10 secondes à près d'une minute.

Le plateau est un morceau plat d'aluminium, d'acier moulé P20 ou d'aluminium-bronze, d'environ 1 pouce d'épaisseur. La longueur et la largeur de la platine varient de 10 pouces sur 15 pouces à 72 pouces sur 24 pouces. Des cartouches électriques à l'intérieur du plateau fournissent la chaleur. En fonction de la machine et de la taille du plateau, les ingénieurs peuvent contrôler la température dans des zones individuelles, de sorte que certaines parties de l'assemblage peuvent obtenir plus de chaleur tandis que d'autres en reçoivent moins.

L'aluminium est destiné aux applications à basse température ; l'acier est destiné aux applications à haute température. L'aluminium-bronze récupère la chaleur un peu plus rapidement que l'acier, il est donc souvent préféré pour les applications à volume élevé.

Pour souder des pièces profilées, des blocs d'aluminium ou d'acier, usinés pour épouser la forme des pièces, sont fixés de chaque côté du plateau. Un revêtement antiadhésif, tel que le téflon ou le chrome, est souvent appliqué sur l'outillage pour empêcher le plastique fondu de coller. La clé du soudage de pièces profilées est de maintenir la même température du point le plus bas du bloc au point le plus élevé.

Les paramètres du procédé de soudage à plaque chauffante (température de la platine, temps de chauffage, temps de transition, pression d'assemblage et temps de maintien) varient en fonction de la taille, de la forme et de la composition des pièces.

La température du plateau varie de 150 à 650 F. Pour les applications sans contact - dans lesquelles les pièces sont maintenues près du plateau sans le toucher - la température du plateau peut atteindre 1 000 F. Le chauffage sans contact est réservé aux matériaux qui colleront ou brûleront s'ils touchent le plateau. Cependant, comme le transfert de chaleur est moins efficace dans les opérations sans contact, le temps de cycle augmentera.

Le temps de chauffe varie considérablement d'une application à l'autre, allant de 1,5 seconde à 20 secondes. Les matériaux amorphes fondront plus rapidement que les polymères de qualité technique.

La pression appliquée aux pièces chauffées est minimale, allant de 14 à 150 psi. La pression et le déplacement, ou la distance à laquelle les pièces sont poussées les unes dans les autres, doivent être soigneusement contrôlés pour éviter de presser trop de plastique fondu du joint et d'affaiblir ainsi la soudure.

Le temps de transition est le temps entre le moment où les pièces sont retirées du plateau et le moment où elles sont rapprochées. Cela doit être aussi court que possible afin que le plastique reste fondu pour le processus d'assemblage. Le temps de maintien est généralement de quelques secondes.

Pour augmenter le débit, plusieurs assemblages peuvent être soudés en même temps. Par exemple, les assemblages de feux arrière sont souvent effectués deux à la fois. Les feux de droite et de gauche seront effectués en même temps, ou plus communément, deux feux de droite seront faits dans une machine, et deux feux de gauche seront faits dans une autre.

Les derniers soudeurs contrôlés par ordinateur peuvent collecter une variété de données pour la traçabilité et le contrôle de la qualité. Ils peuvent également stocker des configurations de paramètres en mémoire pour simplifier les changements.

Par rapport au soudage par ultrasons et au soudage par vibration, le soudage par plaque chauffante présente deux grands avantages : il peut souder de grandes pièces et des pièces courbes. Et, en raison de la quantité de matériau fondu, le soudage à la plaque chauffante produit des joints solides et hermétiquement scellés. Le soudage à la plaque chauffante peut être utilisé sur des parois intérieures hautes, minces et non soutenues, et il tolère très bien les variations des pièces moulées.

Dans de nombreux cas, le soudage à la plaque chauffante peut assembler des plastiques que d'autres techniques ne peuvent pas. Par exemple, le polypropylène est difficile à assembler par soudage par ultrasons, car le plastique souple absorbe les vibrations à haute fréquence comme une éponge. Le soudage à la plaque chauffante, qui ne repose pas sur le frottement pour générer de la chaleur, soude facilement le polypropylène.

D'autre part, le soudage par plaque chauffante est plus lent que le soudage par ultrasons et le soudage par vibration. De plus, le plastique fondu qui adhère à l'outillage peut être un problème avec certains matériaux.

La plupart des matériaux thermoplastiques peuvent être assemblés par soudage à la plaque chauffante. La technique fonctionne avec l'acrylique-styrène-acrylonitrile, l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), l'éthylène-propylène-diène-monomère, le polyamide, le polybutylène téréphtalate (PBT), le polycarbonate, le polyéthylène, le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyméthylméthacrylate (PMMA), le polyoxyméthylène, l'oxyde de polyphénylène, le sulfure de polyphénylène, le polypropylène, le polystyrène, le polysulfone, le chlorure de polyvinyle (PVC), le polyvinylide ne fluorure et élastomère thermoplastique. Certains matériaux, tels que le polyamide Durethan de Lanxess AG, ont été formulés spécifiquement pour être utilisés avec le soudage à la plaque chauffante.

Le soudage à la plaque chauffante fonctionne également bien avec de nombreux mélanges de plastiques, tels que le PMMA avec ABS ; PMMA avec PVC ; PMMA avec polystyrène; polycarbonate avec PBT; et polycarbonate avec PET. D'autres mélanges, comme le PVC avec l'ABS ou le polyéthylène haute densité avec le polypropylène, sont moins propices.

Des matériaux différents avec des points de fusion et des viscosités à l'état fondu similaires peuvent être soudés s'ils sont chimiquement compatibles. Par exemple, le soudage à la plaque chauffante peut être utilisé pour joindre l'ABS au polycarbonate, au PMMA ou au styrène acrylonitrile.

Des charges, telles que du verre ou du talc, peuvent être ajoutées au plastique, à condition que la concentration soit inférieure à 30 %. Cependant, étant donné que les matériaux de remplissage ne fondent pas ou ne se redistribuent pas uniformément dans la soudure, la résistance du joint sera diminuée. Les thermoplastiques amorphes qui absorbent l'humidité de l'air ambiant peuvent avoir une teneur en eau suffisante pour provoquer la formation de bulles pendant les phases de chauffage et d'assemblage, ce qui peut réduire la résistance de la soudure.

Un joint bout à bout, droit ou à bride, est le joint le plus courant formé par le soudage à la plaque chauffante. Le flash est normalement produit autour de la ligne de soudure. Cependant, des pièges à flash peuvent être conçus dans les pièces pour masquer le joint.

Dans le soudage à plaque chauffante, les montages peuvent être orientés verticalement ou horizontalement. Un orifice d'aspiration peut être installé à l'arrière d'un ou des deux luminaires pour maintenir les pièces en place. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Forward Technology

Lors de la conception de pièces pour le soudage par plaque chauffante, les ingénieurs doivent se rappeler qu'une petite partie de chaque pièce sera consommée par la soudure. Sur les joints plats typiques, environ 0,015 pouce de plastique fondra de chaque pièce pendant la phase de chauffage initiale. Un supplément de 0,015 pouce de matériau sera perdu lorsque les pièces seront rapprochées pour former la soudure. Ainsi, si l'assemblage final doit être d'une certaine hauteur, les ingénieurs devront ajouter 0,03 pouce de matériau à chaque pièce.

Si l'assemblage est sous pression, les ingénieurs peuvent souhaiter augmenter l'épaisseur de la pièce près du joint. En règle générale, l'épaisseur du joint doit être de 1,5 fois l'épaisseur nominale de la paroi. Par exemple, si les parois d'un réservoir de liquide lave-glace ont une épaisseur de 0,1 pouce, la largeur du joint doit être d'au moins 0,15 pouce.

Comme pour tout projet d'assemblage, les ingénieurs sont bien avisés de consulter leurs fournisseurs d'équipements et de matériaux dès le début du processus de conception.