Techniques de soudage plastique :8 méthodes éprouvées et leurs avantages

Pour les personnes qui débutent dans la fabrication de pièces en plastique, le terme « soudage » peut être quelque peu inconnu. Généralement, le soudage désigne le processus d'assemblage de deux métaux en les fondant et en les fusionnant. Cependant, le soudage implique la fusion thermique de deux ou plusieurs pièces, qu'elles soient en métal ou en plastique.

Le soudage des plastiques a de nombreuses applications industrielles et il existe différentes techniques de soudage des plastiques. Cet article traite du soudage de pièces en plastique, de ses étapes générales et de huit techniques de soudage du plastique utilisées dans la fabrication de pièces dans l'industrie du plastique.

Qu'est-ce que le soudage du plastique ?

Le soudage du plastique est un processus applicable dans la fabrication de pièces en plastique pour assembler deux pièces thermoplastiques compatibles. Il s'agit de préparer les deux pièces thermoplastiques, de les presser ensemble dans les joints proposés, et de les chauffer selon plusieurs techniques de chauffage. De plus, la technique de chauffage utilisée dépend majoritairement de la matière 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 en plastique sont solides, contrairement à d’autres procédés d’assemblage plastique tels que les adhésifs et le rivetage. Le soudage du plastique est une technique largement utilisée dans la médecine, l'électronique, la construction, etc. 

En savoir plus :Connaître les différences entre le rivetage et le soudage.

3 étapes de soudage des plastiques

Le soudage de deux résines plastiques semi-finies fabriquées à partir de moulage par injection ou d'autres procédés peut s'avérer difficile. Par conséquent, cette section vous montre les étapes à suivre pour souder du plastique quelle que soit la technique de soudage.

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

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

Nettoyer les thermoplastiques pour assurer un joint soudé élevé. Le nettoyage est réalisable en lavant avec du savon et de l'eau tiède, puis en séchant les plastiques avec un chiffon propre et non pelucheux. Il est également suggéré d'éliminer les taches à l'aide de solvants liquides tels que la méthyléthylcétone (MEK), du papier de verre 80 frittes ou un grattoir à peinture.

Étape 2 :Joindre 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 de travail et épinglez-les à l'aide de pinces 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 recouvrement.

Étape 3 :Terminer la soudure

Réparez la soudure avant de la refroidir pour résoudre des problèmes tels que la douceur. 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 du plastique

Dans l’industrie du plastique, il existe diverses techniques de soudage des plastiques basées sur différents procédés 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 de friction, qui à son tour fait fondre les polymères plastiques. En raison des vibrations mécaniques, une liaison moléculaire se forme entre les polymères plastiques. Par conséquent, les joints soudés en plastique par ultrasons sont solides et de la plus haute qualité.

Avantages du soudage par ultrasons

• Il offre des débits élevés et des délais d'exécution courts
• Il est très sûr car il ne chauffe pas les pièces en plastique par chaleur directe
• Son utilisation de la chaleur directe le rend également adapté à des matériaux tels que le chlorure de polyvinyle, réputé pour produire des fumées dangereuses en cas d'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 ne convient pas aux thermoplastiques à forte teneur en humidité ni aux thermoplastiques durs/résistants tels que le polypropylène
• Le processus n'est pas idéal pour les matériaux épais tels que le polypropylène, car la plupart des transducteurs de machines à ultrasons ont une plage de sortie comprise entre 100 et 150 mm
• Convient uniquement aux joints qui se chevauchent. Les autres joints tels qu'un coin, un bout, un té et un bord sont incompatibles
• Délai de livraison élevé en raison du nombre d'outils et de processus requis

Soudage Laser

Le soudage au laser est un processus de soudage du plastique qui consiste à utiliser un faisceau laser pour décongeler le plastique. Cependant, la chaleur est maintenue en dessous de la température d’évaporation du plastique. Une pression est ensuite appliquée lors du dégel et un refroidissement se produit pour renforcer les joints soudés.

Le soudage au laser est rapide et s'effectue de différentes manières. D’où les différents types de procédés de soudage laser plastique :sont hybrides, simultanés, contour et monopasse. 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 seul point
• Il est très précis, d'où son utilisation dans l'industrie aérospatiale
• Le soudage peut avoir lieu à température ambiante ou dans des conditions particulières
• Convient au soudage de plastiques de conception complexe
• Les joints soudés ont une grande valeur esthétique, c'est-à-dire un aspect propre
• Il s'agit d'un processus rapide qui le rend très populaire dans le domaine du prototypage rapide

Inconvénients du soudage laser

• Ne convient pas aux plastiques d'épaisseur (supérieure à 0,5 pouce) afin de ne pas entraîner de mauvais joints soudés
• Cela peut entraîner une porosité et une fragilité lors du soudage
• Le coût initial de l'investissement est élevé 

Soudage par friction

Le soudage par friction ne nécessite pas d’application directe de chaleur pour que le soudage ait lieu. Il s’agit donc d’un processus courant pour assembler du plastique qui ne nécessite pas d’application directe de chaleur. Le procédé utilise le principe de friction pour assembler les matières plastiques.  

Il s’agit d’appliquer une pression externe sur les deux matières plastiques en les déplaçant ou en les faisant tourner l’une contre l’autre. Le mouvement produit des frictions, générant de la chaleur qui fait fondre les plastiques. Après la fusion, une force de pression uniformément croissante est appliquée aux deux matériaux plastiques jusqu'à ce qu'un joint permanent se forme. Il existe deux types de soudage par friction :

Soudage par friction induite continue

La procédure suit la procédure ci-dessus. Cependant, le mouvement responsable de la génération de chaleur provient d’un rotor relié 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 à mesure que la pression augmente jusqu'à ce que le soudage ait lieu.  

Soudage par friction à inertie

C'est similaire au soudage par friction induite continue. Cependant, le volant moteur et le volant moteur remplacent le frein à bande. Bien que reliés au début du soudage, les volants se séparent lorsque le rapport friction/vitesse atteint la limite. Le faible moment d’inertie du volant d’arbre provoque son arrêt. L'application continue de la force de pression se poursuit jusqu'à ce que le joint soudé se forme.

Avantages du soudage par friction

• Élimination facile des oxydes et des contaminants présents lors du frottement initial
• Convient aux plastiques différents
• Aucune déformation ni déformation du matériau en raison de la faible chaleur
• Haute qualité des joints soudés
• Vitesse de soudage élevée
• C'est respectueux de l'environnement
• Il ne nécessite pas de consommables ni d'alimentation électrique spéciale

Inconvénients du soudage par friction

• Convient uniquement aux barres rondes de même section et de joints bout à bout angulaires et plats
• Le coût d'investissement initial est élevé 

Soudage haute fréquence

Le soudage à haute fréquence consiste à souder des polymères plastiques à l'aide d'un champ électromagnétique (13 - 100 MHz). Cela génère de la chaleur à l’intérieur du matériau (cela ne nécessite pas d’application directe de chaleur). L'opérateur applique une pression continue pour faire fondre les plastiques jusqu'à ce que la soudure se forme, et une évacuation de la chaleur se produit pour refroidir le joint soudé.  

Cela produit un joint soudé solide avec des propriétés similaires, voire meilleures, que les matériaux d'origine. Le soudage HF est le procédé de soudage plastique le plus adapté aux matières plastiques différentes. Bien qu’utile dans l’industrie du plastique, il n’est compatible qu’avec quelques matériaux. Les plus courants sont le polychlorure de vinyle, l'EVA, le PET-G et d'autres membres de la famille PET.

Avantages du soudage haute fréquence

• Partage moins efficace
• Petite plage d'influence thermique
• Vitesses de soudage élevées (environ 100 à 120 m/min)

Inconvénients du soudage haute fréquence

• Il dégage beaucoup de chaleur 
• En fonction de la machine, sa plage de chauffage est réduite, c'est-à-dire la zone de chauffage
• Consommation de la tête de contact

Soudage par vibration

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

Soudage par vibration linéaire

Il utilise la chaleur de friction générée par le déplacement d’une pièce en plastique par rapport à l’autre selon un déplacement donné pour faire fondre le joint des pièces en plastique. Le processus se poursuit à une pression constante après l'arrêt des vibrations jusqu'à ce que le joint soudé refroidisse.

Soudage par vibration orbitale

Il s’agit de faire vibrer la partie 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 cesse d’atteindre le point de fusion afin que le joint soudé puisse se solidifier.  

Avantages du soudage par vibration

• Il ne nécessite aucun consommable
• Aucune préparation de surface n'est nécessaire
• Il est très efficace sur le plan énergétique
• Convient au soudage de matériaux plastiques fins
• Convient au soudage de plastiques de formes irrégulières

Inconvénients du soudage par vibration

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

Soudage à plaque chauffante

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

Le soudage à plaque chauffante nécessite une précision et un contrôle extrêmes. Il convient à tout matériau thermoplastique mais est plus applicable aux thermoplastiques souples et semi-cristallins, par exemple PP et PE.

Avantages du soudage par plaque chauffante

• Convient pour assembler de gros plastiques
• Il produit des joints soudés solides
• Le temps de cycle est court, en fonction du temps nécessaire pour atteindre le point de fusion du plastique.

Inconvénients du soudage à plaque chauffante

• Il ne convient pas au soudage de plastiques fins de moins de 0,1 pouce
• L'équipement nécessite un niveau élevé de maintenance

Soudage au gaz chaud

Le soudage au gaz chaud est utilisé dans la fabrication des thermoplastiques et implique l'utilisation d'un pistolet de soudage portatif qui souffle de la vapeur de gaz ou d'air pour chauffer les baguettes de soudage en plastique et les polymères. Les matières plastiques se ramollissent lorsqu’elles sont chauffées au-dessus du point de fusion, formant ainsi le joint soudé. Celui-ci refroidit ensuite pour former un joint soudé solide.

Le procédé de soudage au gaz chaud est applicable à la fabrication de cuves de confinement, de tuyauteries, d'échangeurs de chaleur, de réservoirs d'eau, etc., fabriqués à partir de polymères plastiques similaires.

Avantages du soudage au gaz chaud

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

Inconvénients du soudage au gaz chaud

• La vitesse de chauffage est très lente, ce qui ralentit le processus
• Il ne convient pas aux plastiques plus épais

Soudage par rotation

Le soudage par rotation ou soudage par friction rotationnelle est un procédé utilisé pour souder des pièces thermoplastiques avec des surfaces de jonction à symétrie de rotation. Il s’agit de frotter les pièces ensemble (une fixe) sous pression dans un mouvement circulaire unidirectionnel. Cela génère de la chaleur de friction qui fait fondre et lie les plastiques. Le joint soudé se solidifie ensuite après refroidissement.

Avantages du soudage par rotation

• Il s'agit d'un processus simple qui nécessite moins d'expertise technique
• Il ne nécessite aucun consommable
• Il est très 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
• La mise en place est coûteuse

Avantages du soudage du plastique

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

Consommables supplémentaires

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

Compatible avec n'importe quelle forme de joint

Le procédé convient aux pièces de toute forme. L'évolution des différentes techniques de soudage a permis de travailler avec des formes complexes. Par conséquent, vous pouvez facilement souder des pièces aux formes courbes ou irrégulières.

Pas besoin d'un environnement de ventilation

Certaines techniques de soudage utilisées pour les plastiques ne produisent pas de fusibles, par exemple le soudage par vibration. Par conséquent, il y a un besoin minime d’équipements de protection et d’infrastructures facilitant la ventilation.

Option rentable

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

Choix de soudage très polyvalent

Il convient aux pièces de toute taille ou dimension. Ceci est différent des autres méthodes de jointure. Par exemple, le rivetage nécessite que les pièces aient une taille minimale en fonction du rivet. Il ne reste donc plus qu'à trouver la technique la plus adaptée parmi toutes les techniques de soudage de pièces en plastique.

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 à d'autres méthodes qui utilisent des attaches mécaniques et des rivets contribuant au poids total.

La soudure est permanente

Le joint soudé est permanent, contrairement aux adhésifs ou autres mécanismes d'assemblage en plastique. C'est donc un choix raisonnable lorsque vous ne souhaitez pas que le composant interne soit compromis.

Applications des pièces soudées en plastique

Le soudage du plastique est applicable dans plusieurs industries. Vous trouverez ci-dessous quelques pièces soudées en plastique et les industries dans lesquelles elles sont applicables.

Aéronautique

Les plastiques aérospatiaux nécessitent un soudage permanent et précis sans compromettre leurs propriétés. Par conséquent, le processus convient à la fabrication de pièces soudées en plastique telles que des panneaux intérieurs, des réservoirs de rétention et des plateaux.

Agriculture

Les pièces soudées en plastique telles que les joints, les clôtures en PVC, les réservoirs et les conduites d'eau et de brumisation ont de nombreuses applications dans l'agriculture.

Automobile

L'automobile utilise le soudage du plastique pour assembler les plastiques afin de fabriquer des calandres, des radiateurs, des boîtiers de batterie, des revêtements de passage de roue, des pare-chocs, etc.

Marin

Le procédé est également applicable à la fabrication de bateaux, de réservoirs de ballast, de puits à poissons, de réservoirs d'eau et d'autres pièces soudées en plastique utilisées dans un environnement marin. Le milieu 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 du plastique est très courant dans le domaine de la plomberie, où il est applicable à la fabrication de tuyaux, de drains, de robinets, etc. DWV. Ces pièces sont produites individuellement et doivent être assemblées. Contrairement aux autres procédés d'assemblage du plastique, le soudage est permanent, ce qui est un facteur important dans son choix.

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FAQ

Pourquoi le plastique est-il si largement utilisé ?

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

Est-il possible de souder des plastiques différents ensemble ?

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

Les soudures sont-elles solides ?

D'une part, les joints soudés thermoplastiques sont très résistants, surtout lorsqu'ils sont assemblés avec des matériaux similaires. En effet, le joint soudé a les mêmes propriétés que les plastiques parents. D’un autre côté, les joints soudés de pièces en plastique différentes ne sont pas solides.