14 Décembre 2012  |  Soudage
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 10/2012

Le soudage des matières plastiques sans émission de particules

L’association d’un préchauffage par infrarouge et d’un soudage par friction vibratoire s’avère particulièrement efficace pour souder les matières plastiques. Le rayonnement infrarouge fond la surface de la pièce, minimisant ainsi la formation de particules lors de la vibration.
 
Les tubulures d’aspiration, les éléments de ventilation, ainsi que les réservoirs de liquide de frein ou de liquide lave-glace dans les voitures doivent résister à la pression lorsqu’ils sont en fonctionnement. Les tubulures et les réservoirs sont souvent fabriqués par moulage par injection, pour former des demi-coques en matière plastique, soudées ensuite pour fabriquer chaque pièce.
 
Assembler des pièces de manière fiable
La technique de chauffage par infrarouge permet d’assembler les pièces de manière fiable, sans provoquer d’émission de particules (brunes) à l’intérieur des tubes. L’association d’un préchauffage par infrarouge et d’un soudage par friction vibratoire s’avère particulièrement efficace dans de nombreux cas. Le rayonnement infrarouge fond la surface de la matière plastique, minimisant ainsi la formation de particules lors de la vibration. Cela assure un assemblage fiable pour fabriquer un réservoir d’une qualité parfaite.
Les tubes sous pression moulés par injection s’utilisent dans les condenseurs ou les turbomoteurs, les réservoirs d’eau ou de liquide de frein. Les joints doivent résister à la pression et les particules de matière plastique provenant de l’usinage ne doivent pas perturber le fonctionnement, ni dans le turbo, ni dans le liquide de frein. Au salon Fakuma à Friedrichshafen, du 16 au 20 octobre dernier, la société Heraeus Noblelight a présenté des émetteurs de rayonnement infrarouge optimisés pour l’usinage des matières plastiques.
 
Chauffer sans contact
Le rayonnement infrarouge, transmis sans contact, produit de la chaleur directement dans la pièce à usiner. Il est ainsi préféré aux méthodes traditionnelles, comme le chauffage au moyen de plaques de contact.
Contrairement au soudage par contact thermique, aucune matière plastique chaude n’adhère à la source de chaleur. Les générateurs de chaleur à infrarouge permettent ainsi de souder des éléments en matière plastique à une cadence rapide et de façon toujours reproductible. Le rayonnement infrarouge fond la surface du produit en quelques secondes et de manière ciblée; l’assemblage s’effectue ensuite en pressant tout simplement les deux pièces l’une contre l’autre.
Lors du soudage par la seule friction vibratoire, certaines matières plastiques peuvent émettre de plus grosses particules, qui peuvent ensuite parvenir dans le circuit d’eau de refroidissement, dans l’huile de moteur ou dans le liquide de frein et perturber le fonctionnement du véhicule. Par ailleurs, il est désagréable pour le conducteur, que des particules parviennent à l’intérieur de la voiture par les conduits de ventilation.
L’association d’un émetteur de rayonnement infrarouge et du soudage par friction vibratoire représente une aide dans la pratique. Un module émetteur de rayonnement infrarouge se déplace entre deux éléments en matière plastique et chauffe leurs surfaces sans aucun contact. Lorsque la température de consigne est atteinte, le module infrarouge se retire et le procédé de soudage proprement dit commence. Des essais effectués chez des utilisateurs montrent que les joints soudés à l’aide du rayonnement infrarouge résistent très bien aux hautes pressions.
 
  
La chaleur infrarouge permet de souder des tubes en matière plastique sans émission de particules. (Photos Heraeus)
 
Des émetteurs infrarouges parfaitement adaptés
La forme, la couleur et les caractéristiques des matériaux dont sont constitués les éléments en matière plastique déterminent la réussite des procédés de soudage et de jointoiement. Les émetteurs à ondes courtes et les émetteurs infrarouge et carbone réagissent en quelques secondes aux instructions de commande. On peut ainsi sélectionner l’intensité et la durée de rayonnement aptes à faire fondre diverses matières synthétiques.
Les matériaux de remplissage ont une influence sur la soudure. Les charges minérales contenues dans les matières plastiques les rendent ignifuges; le renforcement avec des fibres de verre permet au réservoir de résister à la pression. Plus la proportion de matière de charge est élevée, plus il est difficile de souder les matières plastiques. Les matériaux ignifuges fondent mal et une proportion de fibres de verre supérieure à 35 % peut pratiquement empêcher le soudage. Contrairement aux plaques de contact, les fibres de verre ne peuvent pas endommager les émetteurs de rayonnement infrarouge, car le chauffage s’effectue sans contact.
En principe, les matières plastiques noires absorbent mieux le rayonnement infrarouge que les blanches ou les transparentes. Des essais ont démontré que des demi-coques en polyamide, assemblées pour former un corps creux, ont atteint la température de consigne trois fois plus rapidement lorsque le matériau est noir, que lorsque la matière plastique est claire.
Le soudage de contours tridimensionnels représente un véritable défi. Plus la structure est complexe, plus l’ensemble du procédé est compliqué. Le soudage par friction vibratoire est, dans ces cas, totalement impossible, car de nombreux contours ne peuvent plus vibrer correctement. Les émetteurs de rayonnement infrarouge en verre de silice offrent ici une piste, car ils permettent de copier les contours tridimensionnels.
On peut utiliser pour différentes géométries, des émetteurs de rayonnement normalisés pour grandes surfaces, lorsqu’on les adapte à la pièce en matière plastique, à l’aide d’un masque antisoudure. On peut ainsi usiner facilement et rapidement plusieurs éléments à l’aide d’un émetteur de rayonnement pour grandes surfaces. De plus, les masques antisoudure minimisent l’irradiation à la périphérie des installations.
Les émetteurs de rayonnement infrarouge soigneusement choisis aident à jointoyer les éléments en matière plastique hauts de gamme des voitures. Etant donné qu’il suffit de mettre en marche les émetteurs de rayonnement infrarouge, uniquement lorsqu’il faut effectivement fournir de la chaleur, le soudage à la chaleur infrarouge est tout particulièrement économe en énergie.
 
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