اللحام بالبثق

اللحام بالبثق هو أحد العمليات المستخدمة في لحام المواد البلاستيكية الحرارية والمركبات ، وقد تم تطويره في ستينيات القرن العشرين كتطور للحام الغاز الساخن . ويمكن أن تكون عملية يدوية أو آلية. ^{[1] [2]}

تستخدم هذه العملية رأس لحام مزود بفوهة للهواء الساخن وطارد يدفع مادة الحشو للخارج. وتتضمن العملية تسخين أسطح الوصل (الحشو) وإضافة مادة حشو منصهرة أو ملدنة (مادة مبثوقة) عن طريق بثقها عبر قالب ( حذاء). تطبق العملية مادة مبثوقة مع الضغط لضمان الترابط الجيد، ثم تسمح للجزء بالتبريد.

خطوات عملية اللحام هذه مشابهة لعمليات اللحام البلاستيكية الأخرى وتتضمن: ^{[1] [3]}

• تحضير سطح المادة الأساسية - تشغيل الأخدود المطلوب وفقًا لتصميم المفصل وتنظيف أسطح اللحام بالكشط. يؤدي هذا إلى إزالة الأوساخ والأكاسيد من أسطح اللحام، والتي من المحتمل أن تلوث اللحام النهائي.
• تجهيز وصلة اللحام - لحام مكونات المادة الأساسية (باستخدام اللحام بالغاز الساخن) أو باستخدام نظام التثبيت
• اللحام - إضافة المادة المبثوقة مع تطبيق الضغط
• إنهاء مظهر اللحام النهائي - إزالة الوميض باستخدام مكشطة لتجنب حدوث شقوق إجهادية. قد تكون هذه الخطوة ضرورية أو غير ضرورية.
• التبريد - السماح للجزء بالتبريد حتى يصبح جاهزًا للاستخدام

يجب إجراء عملية التسخين المسبق عند بدء اللحام الأولي. ويتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام فوهة الهواء الساخن الموجودة في مسدس اللحام وتهوئة منطقة البداية. وبمجرد بدء اللحام، ستضمن سرعة السفر المناسبة وزاوية المسدس تسخين سطح اللحام التالي بشكل كافٍ.

المادة الحشوية عبارة عن بوليمر يأتي على شكل خيوط ملفوفة أو في حبيبات.

تم تصميم معظم وصلات اللحام لتكون في تمريرة واحدة، ولكن الألواح التي يزيد سمكها عن 30 مم ستتطلب تمريرات متعددة. ولأن معظم التمريرات مصممة ليتم إجراؤها في تمريرة واحدة، فإن اللحام بالبثق يستغرق عادةً وقتًا أقل بشكل عام مقارنة بعمليات اللحام البلاستيكية الأخرى، وخاصة سابقتها، اللحام بالغاز الساخن. ^[1]

يتضمن التصميم المشترك ما يلي:

• مفاصل المؤخرة
  • حرف V مفرد
  • حرف V مزدوج
• وصلات على شكل حرف T
• مفاصل متداخلة

ستكون الوصلات الطرفية عبارة عن أخدود على شكل حرف V مفرد أو مزدوج بزاوية 45-90 درجة وفجوة جذرية تتراوح بين 0-2 مم. في حالة لحام أخدود على شكل حرف V مزدوج، يجب إجراء اللحام في تمريرتين على الأقل.

عادةً ما يكون للمفاصل على شكل حرف T زاوية شطبة واحدة تتراوح بين 45-60 درجة وفجوة جذرية تتراوح بين 0-2 مم. ^[1]

من الممكن أيضًا تحقيق توصيلات TYK للأنابيب واللحامات الجانبية.

اللحام بالبثق هو عملية جذابة للتطبيقات التي تستفيد من قدرتها على لحام المقاطع السميكة بسرعة. بالنسبة لبعض التطبيقات، وخاصة حيث توجد أجزاء هندسية كبيرة حيث لا تكون طرق اللحام البلاستيكية التقليدية (مثل اللحام باللوحة الساخنة ) ممكنة، فإن اللحام بالبثق هو الخيار الوحيد الممكن والفعال من حيث التكلفة. على وجه الخصوص، تعد خزانات النفايات السائلة والمواد المسببة للتآكل وإمدادات المياه من التطبيقات الشائعة. طالما تم تحقيق رابط مانع للتسرب، يمكن استخدام اللحام بالبثق لتطبيقات العزل المائي أيضًا. ^{[2] [4] [5]}

لقد شهدت عملية اللحام بالبثق نجاحًا كبيرًا في لحام أنواع مختلفة من البولي أوليفينات . ^{[2] [4]}

المواد الشائعة التي يتم لحامها بهذه العملية هي:

• البولي إيثيلين (PE)، وخاصة البولي إيثيلين عالي الكثافة
• البولي بروبلين (PP)
• بولي فينيل كلوريد (PVC)
• فلوريد البولي فينيلدين (PVDF)

على الرغم من وجود أشكال مختلفة من معدات اللحام بالبثق، إلا أن هناك ثلاثة مكونات رئيسية تحتوي عليها كل إعدادات اللحام بالبثق: ^{[1] [2] [6]}

الطارد هو جزء من التركيب الذي يقوم فعليًا بتغذية الطارد عبر النظام. يعتمد تركيب الطارد على ما إذا كان الطارد في شكل حبيبات أو خيوط ملفوفة. عند استخدام الخيوط الملفوفة، يتم تغذية البكرة من خلال أنبوب إلى رأس اللحام ثم تخرج من خلال الحذاء. عند استخدام الحبيبات للطارد، يتم تغذية الحبيبات في قمع، ثم يقوم الطارد الحلزوني الساخن بدفعها عبر رأس اللحام وخارج الحذاء كمواد حشو منصهرة. لا يمكن استخدام الحبيبات إلا عند إجراء اللحام في وضع مسطح أو أفقي.

بالنسبة لمعظم التطبيقات، سيكون مصدر الحرارة المشعة هو الهواء الساخن. يتم تسخين الهواء ونفخه عبر فوهة تشكل جزءًا من إعداد رأس اللحام. تتوفر أشكال مختلفة للفوهة، وقد يختار اللحام فوهة معينة اعتمادًا على تكوين المفصل. على الرغم من وجود فوهة للأغراض العامة، فإن بعض الفوهات تضمن تسخينًا أكثر شمولاً أو أكثر تركيزًا لنوع مفصل معين. على الرغم من استخدام الهواء الساخن عادةً كوسيلة للتسخين المسبق، إلا أن مصابيح الهالوجين تُستخدم أحيانًا كوسيلة للتسخين المسبق لسطح اللحام. ^[1]

حذاء اللحام هو القالب الموجود في نهاية التغذية والذي يتم من خلاله بثق مادة الحشو. عادةً ما يكون الحذاء مصنوعًا من مادة البولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) بسبب خصائص مادة البولي تترافلورو إيثيلين غير اللاصقة. تأتي أحذية اللحام بأشكال وأحجام مختلفة اعتمادًا على تصميم المفصل الذي يتم لحامه. سيكون حذاء اللحام أيضًا مزودًا بحلمات توجيه تمنع تدفق المادة المنصهرة في اتجاه غير مرغوب فيه.

هناك العديد من معلمات اللحام الرئيسية، ولكل منها تأثير مختلف على عملية اللحام. بعضها يعتمد على اللحام، في حين يمكن ضبط البعض الآخر على الآلة قبل بدء اللحام. يعد الحصول على توازن جيد لكل معلمة هو المفتاح لتحقيق لحامات قوية وجمالية. ستؤدي الأتمتة أو المهارة من قبل اللحام ذي الخبرة، إلى جانب المعلمات المحددة بشكل صحيح، إلى لحامات متسقة وقابلة للتكرار. ^[2]

سرعة اللحام أو سرعة السفر هي المعدل الذي يمر به اللحام عبر وصلة اللحام. بالنسبة للنظام الآلي، يمكن ضبط سرعة اللحام قبل أن تبدأ الماكينة في العمل. مع الإعداد اليدوي، ستعتمد سرعة السفر على اللحام. إذا كانت سرعة السفر سريعة جدًا، فلن يكون هناك ما يكفي من مادة الحشو المترسبة، مما يؤدي إلى حبة لحام صغيرة. قد لا يوفر السفر بسرعة كبيرة أيضًا وقتًا كافيًا للحصول على حرارة كافية لأسطح اللحام. سيؤدي هذا إلى ضعف التصاق المادة المبثوقة بسطح اللحام. يؤدي هذا الالتصاق الضعيف إلى ضعف قوة الجزء الملحوم. وعلى العكس من ذلك، إذا كانت سرعة السفر منخفضة جدًا، فسيتم ترسب الكثير من مادة الحشو، مما يؤدي إلى لحام غير جمالي وتكوين وميض محتمل والذي سيحتاج بعد ذلك إلى إزالته. ^[6]

يعد وضع مسدس اللحام أمرًا ضروريًا لضمان ترسيب المادة المبثوقة في المنطقة الصحيحة. عند استخدام نظام يدوي، سيحتاج اللحام إلى التأكد من توجيه رأس اللحام بشكل صحيح. إذا كان هناك عدم محاذاة بين المسدس والمفصل، فلن يتم ترسيب المادة في المنطقة الصحيحة. للمساعدة في توجيه اللحام، سيتم تشكيل حذاء اللحام خصيصًا لهندسة مفصل معين بحيث يتم الحفاظ على الموضع طوال عملية اللحام. ^[6]

يتم ضبط درجة حرارة المادة المبثوقة على آلة البثق قبل بدء اللحام. يجب أن تكون درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي بحيث تكون المادة المبثوقة سائلة بدرجة كافية للتدفق، ولكن ليس مرتفعة للغاية بحيث تبدأ مادة الحشو البوليمرية في التحلل كيميائيًا. تعتمد درجة الحرارة المثالية للمادة المبثوقة على نوع البوليمر المستخدم. ^[1]

وقد وجدت الدراسات التي أجراها أن معدل تدفق الهواء ودرجة الحرارة هما العاملان الأكبر في تطوير قوة الزحف للأجزاء الملحومة. وذلك لأن معدل تدفق الهواء ودرجة حرارة الهواء هما العاملان الأكبر في تطوير طبقة الذوبان قبل اللحام. طبقة الذوبان هي طبقة البوليمر المنصهر فوق سطح اللحام. وعندما تصل طبقة الذوبان إلى سمك مثالي للحام، تزداد قوة الزحف للوصلات بشكل كبير. ومع ذلك، وكما هو الحال مع درجة حرارة المادة المبثوقة، فإن درجة الحرارة المثالية ومعدل تدفق الهواء للمادة الأساسية يعتمدان على نوع البوليمر الذي يتم لحامه. بالإضافة إلى ذلك، قد يتغير تدفق الهواء اعتمادًا على شكل الفوهة. ^{[3] [5]}

معدل البثق هو مقدار المادة المبثوقة التي يتم نقلها فعليًا إلى المفصل في أي وقت معين. جنبًا إلى جنب مع درجة حرارة المادة المبثوقة ومعدل تدفق الهواء/درجة الحرارة، يجب موازنة معدل البثق من أجل تحقيق خصائص اللحام المثالية. إذا لم تتم إضافة مادة كافية، فلن يكون هناك اندماج كامل للمفصل. وعلى العكس من ذلك، إذا تمت إضافة الكثير من الحشو، فهناك احتمالية لإنشاء وميض أو نقطة حادة عند أطراف غطاء اللحام. ستعمل هذه كمصاعد للإجهاد وتقلل بشكل كبير من قوة اللحام سواء في التحميل الديناميكي أو الإجهاد. ^[5]

الميزة الرئيسية للحام البثق هي أنه يمكن تحقيق معدلات ترسيب عالية جدًا لمادة الحشو في المفصل، وبالتالي تقليل وقت الدورة. بالمقارنة مع اللحام بالغاز الساخن، وهو عملية لحام بوليمرية يمكن أن يكون لها العديد من التطبيقات نفسها، فإن وقت الانتهاء من اللحام أسرع بما يصل إلى 5-6 مرات. ^[1]

باستخدام المعلمات المناسبة، فإن مناطق الاندماج في اللحام لن تكون في الواقع الجزء الأضعف في جزء بوليمري مُصنَّع معين. ^[5]

نظرًا لأن العديد من معلمات اللحام الرئيسية محددة مسبقًا على الماكينة، فمن الممكن الحصول على لحامات عالية الجودة ومتسقة.

إذا كنت تستخدم اللحام بالبثق اليدوي، فيجب أن يتمتع اللحام بقدر معين من المهارة لإنتاج لحامات سليمة. وينطبق هذا بشكل خاص عند اللحام في وضعيات رأسية أو علوية. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يصل وزن الآلة اليدوية إلى 12 كجم، وهو ما قد يكون مرهقًا. ^{[1] [2]}