Techniques de soudage plastique : 8 méthodes éprouvées et leurs avantages

Pour les personnes nouvelles dans la fabrication de pièces plastiques, le terme « soudage » peut être quelque peu inconnu. Généralement, le soudage désigne le processus de jonction de deux métaux en les fondant et les fusionnant. Cependant, le soudage implique la fusion de deux ou plusieurs pièces par la chaleur, que ce soit du métal ou du plastique.

Le soudage plastique a de larges applications industrielles, et différentes techniques pour souder les plastiques existent. Cet article discute du soudage de pièces plastiques, ses étapes générales et huit techniques de soudage plastique utilisées dans la fabrication de pièces dans l'industrie du plastique.

Qu'est-ce que le soudage plastique ?

Le soudage plastique est un processus applicable dans la fabrication de pièces plastiques pour assembler deux pièces thermoplastiques compatibles. Il implique la préparation des deux pièces thermoplastiques, les presser ensemble dans les joints proposés, et les chauffer en utilisant plusieurs techniques de chauffage. De plus, la technique de chauffage utilisée dépend principalement du matériau plastique. Par exemple, le soudage plastique par ultrasons est couramment utilisé pour le PVC car il n'implique pas de chauffage direct qui entraîne l'émission de fumées dangereuses par le matériau.

L'application continue de pression pendant le chauffage et le refroidissement forme une liaison moléculaire entre les deux pièces. Par conséquent, les joints soudés plastiques sont solides, contrairement aux autres processus d'assemblage plastique tels que les adhésifs et le rivetage. Le soudage plastique a été une technique largement utilisée en médecine, électronique, construction, etc.

Plus : Connaître les différences entre Rivetage vs Soudage.

3 étapes du soudage des plastiques

Soudure de deux résines plastiques semi-finies fabriquées par moulage par injection ou autres processus pourrait être un défi. Par conséquent, cette section vous montre les étapes pour souder le plastique indépendamment de la technique de soudage.

Étape 1 : Préparer l'espace de travail et nettoyer le plastique

La première chose à faire est de préparer un espace de travail. Le lieu de travail a besoin d'une ventilation appropriée car la plupart des techniques de chauffage émettent des fumées dangereuses. En plus de cela, les opérateurs doivent porter un équipement de protection.

Nettoyez les thermoplastiques pour assurer un joint soudé de haute qualité. Le nettoyage est réalisable en lavant avec de l'eau savonneuse tiède, puis en séchant les plastiques avec un chiffon propre et sans peluche. De plus, il est suggéré d'éliminer les taches en utilisant des solvants liquides tels que le Méthyléthylcétone (MEK), du papier de verre 80 grains ou un grattoir à peinture.

Étape 2 : Assembler le plastique

Serrez et collez les deux pièces en plastique pour former et maintenir le joint souhaité. De plus, placez les pièces en plastique sur un établi et fixez-les à l'aide de serre-joints en C. Le style d'assemblage du plastique dépend de la technique de soudage. Par exemple, le soudage par ultrasons ne convient que pour les joints à chevauchement.

Étape 3 : Finaliser la soudure

Corrigez la soudure avant le refroidissement pour traiter des problèmes tels que la lissage. Laissez le plastique soudé refroidir pendant environ 5 minutes ou atteindre la température ambiante. De plus, poncez le joint soudé après refroidissement ou utilisez d'autres processus de finition de surface pour le rendre lisse.

8 méthodes de soudage plastique

Dans l'industrie du plastique, il existe diverses techniques de soudage plastique basées sur différents processus de chauffage. Voici huit techniques couramment utilisées dans la fabrication de pièces.

Soudage par ultrasons

Le soudage plastique par ultrasons utilise des vibrations mécaniques à haute fréquence (15 kHz à 40 kHz) et à faible amplitude pour assembler deux polymères plastiques. La vibration mécanique génère de la chaleur par frottement, qui à son tour fait fondre les polymères plastiques. En raison des vibrations mécaniques, une liaison moléculaire est formée entre les polymères plastiques. Par conséquent, les joints soudés par ultrasons sont solides et de la plus haute qualité.

Avantages du soudage par ultrasons

• Il a des débits élevés et des délais d'exécution courts
• Il est hautement sûr car il ne chauffe pas les pièces plastiques en utilisant la chaleur directe
• Son absence de chaleur directe le rend également adapté aux matériaux comme le chlorure de polyvinyle, réputé pour produire des fumées dangereuses lors d'une exposition directe à la chaleur
• Il produit des joints soudés de haute qualité, ce qui améliore sa valeur esthétique

Inconvénients du soudage par ultrasons

• La méthode n'est pas adaptée aux thermoplastiques à haute teneur en humidité et aux thermoplastiques durs/forts comme le polypropylène
• Le processus n'est pas idéal pour les matériaux épais comme le polypropylène car la plupart des transducteurs de machines à ultrasons ont une plage de sortie entre 100-150 mm
• Uniquement adapté pour les joints qui se chevauchent. D'autres joints comme un coin, bout à bout, en T et en bord sont incompatibles
• Délai d'exécution élevé en raison du nombre d'outils et de processus requis

Soudage laser

Le soudage laser est un processus de soudage plastique qui implique l'utilisation d'un faisceau laser pour faire fondre le plastique. Cependant, la chaleur est maintenue en dessous de la température d'évaporation des plastiques. Une pression est ensuite appliquée lors de la fusion, et le refroidissement se produit pour renforcer les joints soudés.

Le soudage laser est rapide et se produit de différentes manières. Donc les différents types de processus de soudage laser plastique : hybride, simultané, contour et passe unique. Cependant, la vitesse dépend du processus, des plastiques et de la machine de soudage laser.

Avantages du soudage laser

• Il peut chauffer toute la surface de soudage ou un point unique
• Il est hautement précis, d'où son utilisation dans l'industrie aérospatiale
• Le soudage peut se produire à température ambiante ou sous des conditions spéciales
• Adapté au soudage de plastiques aux designs complexes
• Les joints soudés ont une haute valeur esthétique, c'est-à-dire une apparence propre
• C'est un processus rapide, le rendant très populaire dans le prototypage rapide

Inconvénients du soudage laser

• Non adapté pour les plastiques épais (au-dessus de 0,5 pouces) afin de ne pas conduire à de mauvais joints soudés
• Il peut entraîner de la porosité et de la fragilité de soudage
• Le coût d'investissement initial est élevé

Soudage par friction

Le soudage par friction ne nécessite pas d'application directe de chaleur pour que le soudage ait lieu. Par conséquent, c'est un processus courant pour assembler du plastique qui ne nécessite pas d'application directe de chaleur. Le processus utilise le principe de friction pour assembler le matériau plastique ensemble.

Il implique l'application de pression externe sur les deux matériaux plastiques en les déplaçant ou les faisant pivoter l'un contre l'autre. Le mouvement produit de la friction, générant de la chaleur qui fait fondre les plastiques. Après la fusion, il y a une application de force de pression uniformément croissante sur les deux matériaux plastiques jusqu'à ce qu'un joint permanent se forme. Il existe deux types de soudage par friction :

Soudage par friction à induction continue

La procédure suit la procédure ci-dessus. Cependant, le mouvement responsable de la génération de chaleur provient d'un rotor connecté à un frein à bande. Lorsque la chaleur générée est supérieure à la limite de température du plastique, le frein à bande arrête le rotor alors que la pression augmente jusqu'à ce que le soudage se produise.

Soudage par friction d'inertie

Il est similaire au soudage par friction à induction continue. Cependant, le volant moteur et l'arbre à volant remplacent le frein à bande. Bien que connectés au début du soudage, les volants se séparent lorsque la friction/la vitesse atteint la limite. Le faible moment d'inertie du volant d'arbre le fait s'arrêter. L'application continue de la force de pression se poursuit jusqu'à la formation du joint soudé.

Avantages du soudage par friction

• Élimination facile des oxydes et contaminants présents pendant le frottement initial
• Adapté aux plastiques dissemblables
• Aucune distorsion et gauchissement du matériau en raison de la faible chaleur
• Haute qualité de joint soudé
• Vitesse de soudage élevée
• Il est respectueux de l'environnement
• Il ne nécessite pas de consommables et d'alimentation électrique spéciale

Inconvénients du soudage par friction

• Uniquement adapté pour les barres rondes avec la même section transversale et les joints bout à bout angulaires et plats
• Il a un coût d'investissement initial élevé

Soudage haute fréquence

Le soudage haute fréquence implique le soudage de polymères plastiques en utilisant un champ électromagnétique (13–100 MHz). Cela génère de la chaleur à l'intérieur du matériau (il ne nécessite pas d'application directe de chaleur). L'opérateur applique une pression continue pour fusionner les plastiques jusqu'à la formation de la soudure, et l'élimination de la chaleur se produit pour refroidir le joint soudé.

Cela produit un joint soudé fort avec des propriétés similaires ou même meilleures que les matériaux d'origine. Le soudage HF est le processus de soudage plastique le plus adapté pour les matériaux plastiques dissemblables. Bien qu'utile dans l'industrie du plastique, il n'est compatible qu'avec quelques matériaux. Les plus courants sont le chlorure de polyvinyle, l'EVA, le PET-G et d'autres membres de la famille PET.

Avantages du soudage haute fréquence

• Moins de fissuration efficace
• Petite gamme d'influence thermique
• Vitesses de soudage élevées (environ 100 à 120 m/min)

Inconvénients du soudage haute fréquence

• Il rayonne beaucoup de chaleur
• Selon la machine, il a une petite gamme de chauffage, c'est-à-dire la zone de chauffage
• Consommation de la tête de contact

Soudage par vibration

Le soudage par vibration implique de frotter la pièce en plastique à une certaine fréquence et amplitude. Cela conduit à la génération de chaleur par frottement qui fait fondre la section de joint et crée le joint soudé. Il existe deux types de soudage par vibration :

Soudage par vibration linéaire

Il utilise la chaleur par frottement générée en déplaçant une pièce en plastique par rapport à l'autre à un déplacement donné pour faire fondre le joint des pièces en plastique. Le processus se poursuit à une pression constante après l'arrêt de la vibration jusqu'au refroidissement du joint soudé.

Soudage par vibration orbitale

Il implique de vibrer la section supérieure de la pièce en plastique dans un mouvement circulaire continu dans toutes les directions. Cela génère de la chaleur qui fait fondre la pièce en plastique. La vibration s'arrête au point de fusion pour que le joint soudé puisse se solidifier.

Avantages du soudage par vibration

• Il ne nécessite aucun consommable
• Il n'y a pas besoin de préparation de surface
• Il est hautement efficace énergétiquement
• Adapté au soudage de matériaux plastiques minces
• Adapté au soudage de plastiques aux formes irrégulières

Inconvénients du soudage par vibration

• La surface de soudage doit être plate et horizontale
• Matériaux compatibles limités
• Équipement coûteux

Soudage par plaque chaude (Hot Plate Welding)

Il implique de chauffer une plaque et de l'utiliser pour faire fondre la surface de jonction de deux thermoplastiques. Après avoir fait fondre les deux moitiés, elles sont rapprochées et laissées pendant une période prédéterminée pour qu'une liaison moléculaire, permanente et hermétique puisse se former.

Le soudage par plaque chaude nécessite une précision et un contrôle extrêmes. Il est adapté à tout matériau thermoplastique mais plus applicable pour les thermoplastiques tendres et semi-cristallins, par exemple, PP et PE.

Avantages du soudage par plaque chaude

• Adapté pour assembler de grands plastiques
• Il produit des joints soudés solides
• Il a un temps de cycle court selon le temps nécessaire pour atteindre le point de fusion du plastique

Inconvénients du soudage par plaque chaude

• Il n'est pas adapté pour souder des plastiques minces en dessous de 0,1 pouce
• L'équipement nécessite un niveau élevé de maintenance

Soudage par gaz chaud (Hot Gas Welding)

Le soudage par gaz chaud est utilisé dans la fabrication de thermoplastiques et implique l'utilisation d'un pistolet de soudage portatif qui souffle un jet de gaz ou d'air pour chauffer les baguettes de soudage plastique et les polymères. Les matériaux plastiques se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés au-dessus du point de fusion, formant le joint soudé. Cela refroidit ensuite pour former un joint soudé solide.

Le processus de soudage par gaz chaud est applicable dans la fabrication de vaisseaux de confinement, tuyauteries, échangeurs de chaleur, réservoirs d'eau, etc., faits de polymères plastiques similaires.

Avantages du soudage par gaz chaud

• L'équipement est très portable
• Il ne nécessite pas d'électricité pour fonctionner
• Il ne nécessite pas de machinerie lourde
• Il ne nécessite pas beaucoup d'expertise technique

Inconvénients du soudage par gaz chaud

• Le taux de chauffage est très lent, rendant le processus lent
• Il n'est pas adapté pour les plastiques plus épais

Soudage par rotation (Spin Welding)

Le soudage par rotation ou soudage par friction de rotation est un processus utilisé pour souder des pièces thermoplastiques avec des surfaces de jonction symétriques par rotation. Il implique de frotter les pièces ensemble (une stationnaire) sous pression dans un mouvement circulaire unidirectionnel. Cela génère de la chaleur par frottement qui fait fondre et lie les plastiques. Le joint soudé se solidifie ensuite après refroidissement.

Avantages du soudage par rotation

• C'est un processus simple et nécessite moins d'expertise technique
• Il ne nécessite pas de consommables
• Il est hautement économe en énergie
• Compatible avec de nombreux thermoplastiques

Inconvénients du soudage par rotation

• L'une des pièces en plastique à souder doit avoir une surface symétrique
• Il est coûteux à mettre en place

Avantages du soudage plastique

Le soudage plastique pour la fabrication a de nombreux avantages, d'où son application dans plusieurs industries et le prototypage rapide. Voici quelques avantages :

Consommables additionnels

Il n'y a pas besoin de consommables supplémentaires tels que fixations, solvants ou colles. Par conséquent, il y a une réduction des complications, risques et coûts engendrés par les consommables supplémentaires.

Compatible avec toute forme de joint

Le processus est adapté pour des pièces de toute forme. Le développement des différentes techniques de soudage a rendu possible le travail avec des formes complexes. Par conséquent, vous pouvez souder des pièces aux formes courbes ou irrégulières avec aisance.

Pas besoin d'un environnement ventilé

Certaines techniques de soudage utilisées pour les plastiques ne produisent pas de fumées, par exemple, le soudage basé sur les vibrations. Par conséquent, il y a un besoin minimal d'équipements de protection et d'infrastructures aidant la ventilation.

Option rentable

La technique nécessite un faible besoin de consommables et un faible temps de cycle. Par conséquent, elle est plus efficace que d'autres méthodes d'assemblage telles que le rivetage.

Choix de soudage hautement polyvalent

Il est adapté pour des pièces de toute taille ou dimension. Cela diffère des autres méthodes d'assemblage. Par exemple, le rivetage nécessite que les pièces aient une taille minimale selon le rivet. Donc, la seule chose requise est de trouver la plus appropriée parmi toutes les techniques pour souder des pièces plastiques.

Plus léger que l'utilisation de fixations mécaniques

Le soudage des plastiques ne nécessite pas beaucoup de consommables. Par conséquent, cela réduit le poids des produits soudés finaux, contrairement aux autres méthodes qui utilisent des fixations mécaniques et des rivets contribuant au poids global.

La soudure est permanente

Le joint soudé est permanent, contrairement aux adhésifs ou autres mécanismes d'assemblage plastique. Par conséquent, c'est un choix raisonnable lorsque vous ne voulez pas que le composant interne soit compromis.

Applications des pièces soudées en plastique

Le soudage plastique est applicable dans plusieurs industries. Voici quelques pièces soudées en plastique et les industries où elles s'appliquent.

Aéronautique

Les plastiques aérospatiaux nécessitent un soudage permanent qui est précis sans compromettre leurs propriétés. Par conséquent, le processus est adapté pour fabriquer des pièces soudées en plastique telles que panneaux intérieurs, réservoirs de stockage et plateaux.

Agriculture

Les pièces soudées en plastique telles que joints, clôtures PVC, réservoirs et lignes d'eau et de brumisation ont de larges applications en agriculture.

Automobile

L'automobile utilise le soudage plastique pour assembler des plastiques afin de fabriquer des grilles, radiateurs, boîtiers de batterie, doublures de passages de roues, pare-chocs, etc.

Marine

Le processus est également applicable dans la fabrication de bateaux, réservoirs de ballast, puits de stockage de poisson, réservoirs d'eau et d'autres pièces soudées en plastique utilisées dans un environnement marin. L'environnement marin utilise le plastique en raison de sa résistance à la corrosion et d'autres propriétés. Cependant, les pièces soudées en plastique peuvent être assemblées et soudées ensemble.

Plomberie

Le soudage plastique est très courant en plomberie, où il est applicable dans la fabrication de tubes PVC, drains, robinets, etc. De telles pièces sont produites individuellement et ont besoin d'assemblage. Contrairement aux autres processus d'assemblage plastique, le soudage est permanent, ce qui est un facteur fort dans son choix.

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FAQ

Pourquoi le plastique est-il si largement utilisé ?

Les plastiques ont de larges applications industrielles car ils sont facilement disponibles et peu coûteux par rapport aux métaux. En plus de cela, ils sont faciles à mouler et usiner. Ils sont également recyclables et réparables. Par conséquent, il n'y a pas beaucoup de problème quand le plastique se fissure, contrairement à des matériaux comme le verre.

Est-il possible de souder des plastiques dissemblables ensemble ?

Oui, il est possible de souder des plastiques dissemblables ensemble. Cependant, la liaison ne sera pas aussi forte comparée à des matériaux plastiques similaires.
Les matériaux similaires ont la liaison la plus forte, suivis par les plastiques dissemblables avec des propriétés similaires, puis les matériaux dissemblables avec des propriétés différentes.

Les soudures sont-elles solides ?

D'une part, les joints soudés thermoplastiques sont très solides, surtout lors de l'assemblage avec des matériaux similaires. C'est parce que le joint soudé a les mêmes propriétés que les plastiques parents. D'autre part, les joints soudés de pièces plastiques dissemblables ne sont pas solides.