جوشکاری صفحه داغ
روند > جوشکاری صفحه داغ معمولی

فرآیند جوشکاری صفحه داغ را می‌توان به چهار مرحله تقسیم کرد: تطبیق، گرم کردن، تعویض، و جوشکاری/آهنگری.
دمای صفحه داغ در نقطه‌ی سطح صفحه اندازه‌گیری می‌شود. این دما بر اساس نوع جوشکاری صفحه داغ و خصوصیات ماده مورد استفاده، شامل دمای ذوب، ویسکوزیته مذاب و حدود تخریب حرارتی، تنظیم می‌شود. در جوشکاری صفحه داغ معمولی، دماها معمولاً 30 تا 100 درجه سانتی‌گراد (86 تا 212 درجه فارنهایت) بیشتر از دمای ذوب ماده تنظیم می‌شوند. در نسخه با دمای بالا، دماها بیش از دمای حد تخریب ماده قرار می‌گیرند، تقریباً 100 تا 200 درجه سانتی‌گراد (212 تا 392 درجه فارنهایت) بالاتر از نقطه ذوب. در نسخه بدون تماس، دماها معمولاً 300 تا 400 درجه سانتی‌گراد (572 تا 752 درجه فارنهایت) بیشتر از نقطه ذوب تنظیم می‌شوند. در جوشکاری بدون تماس، گرمایش تابشی نه تنها به دما بستگی دارد بلکه به امیسیونیتی (ظرفیت تابش) ماده صفحه داغ نیز وابسته است.
مرحله تطبیق برای تطبیق هندسه سطوح جوش با سطح نظری جوش انجام می‌شود. سطوح جوش از طریق رسانش با تماس فیزیکی با صفحه داغ گرم می‌شوند. دمای صفحه داغ در محدوده ۳۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد (۸۶ تا ۲۱۲ درجه فارنهایت) بالاتر از دمای ذوب ماده است و فشار ثابت بین ۰.۲ تا ۰.۵ مگاپاسکال بر روی صفحه داغ اعمال می‌شود. این باعث می‌شود سطوح جوش با صفحه داغ، که هندسه جوش مورد نظر را دارد، تطبیق پیدا کنند. این همچنین ناهمواری‌های سطحی که مقاومت تماس حرارتی را افزایش می‌دهند را از بین می‌برد. پس از اینکه قطعات به طور کامل با صفحه داغ تماس گرفتند، مرحله گرم کردن شروع شده و فشار به حداقل کاهش می‌یابد.
که در آن θ دما، x موقعیت، t زمان، θi دمای اولیه، θs  دمای ثابت سطح، κ ضریب انتشار حرارتی و erfc تابع مکمل خطای گاوسی است. این مدل برای اکثر موارد معتبر است، از آنجایی که مقاومت تماس حرارتی کم است و جرم حرارتی ابزار داغ نسبت به قطعات پلاستیکی بزرگ است. برای پیش‌بینی‌های دقیق‌تر جریان حرارتی، باید مقاومت تماس حرارتی و وابستگی دمایی خواص حرارتی پلاستیک نیز در نظر گرفته شود.
.
پس از زمان گرم کردن کافی، مرحله تعویض شروع می‌شود. در این مرحله، قطعات از صفحه داغ جدا می‌شوند، صفحه به سرعت کنار زده می‌شود و قطعات به هم آورده می‌شوند. زمان تعویض باید تا حد امکان کوتاه باشد، زیرا منطقه ذوب‌شده در این زمان سرد می‌شود.
مرحله جوشکاری/آهنگری زمانی شروع می‌شود که دو سطح مذاب به هم فشرده می‌شوند. این عمل موجب انتشار بین‌مولکولی مولکول‌های پلاستیک بر اساس نظریه خزشی (reptation theory) می‌شود. استحکام جوش توسط درهم‌تنیدگی مولکول‌های پلاستیک منتشر شده فراهم می‌شود. فشار جوشکاری لازم بستگی به ویسکوزیته مذاب و ضخامت دیواره قطعات دارد و معمولاً بین 0.025 تا 0.05 مگاپاسکال متغیر است. این فشار در حالی که ماده مذاب سرد و مجدداً جامد می‌شود، حفظ می‌شود. در طول این فرآیند، مقداری از ماده پلاستیکی نرم شده در منطقه جوش فشرده می‌شود و فلاش (flash) تشکیل می‌دهد. ممکن است از توقف‌های مکانیکی برای محدود کردن مقدار ماده فشرده شده استفاده شود تا از ایجاد جوش سرد جلوگیری شود.
انواع رایج جوشکاری صفحه داغ معمولی شامل نسخه‌های با دمای بالا و بدون تماس هستند. هر دوی این نسخه‌ها به حل مشکل چسبیدن ماده به صفحه داغ بین چرخه‌های جوشکاری کمک می‌کنند؛ مواد چسبیده می‌توانند تخریب شوند و به جوش‌های بعدی منتقل شوند، که منجر به جوش‌های با کیفیت پایین و از نظر ظاهری ناخوشایند می‌شوند.
در جوشکاری صفحه داغ با دمای بالا، یک صفحه داغ بدون پوشش به دمای بین 300 تا 400 درجه سانتی‌گراد (572 تا 752 درجه فارنهایت) گرم می‌شود، زیرا پوشش PTFE در دماهای بالا تخریب می‌شود. دمای بالا ویسکوزیته مذاب را کاهش می‌دهد، بنابراین هنگام جدا کردن قطعات از صفحه داغ، می‌تواند از آن جدا شود. این فرآیند می‌تواند در مرحله تعویض با حرکت سریع قطعات از صفحه داغ همراه باشد؛ این کار مانع از کشیده شدن پلاستیک مذاب به دلیل خواص ویسکوالاستیک آن می‌شود. هر گونه ماده باقی‌مانده روی سطح صفحه داغ معمولاً یا اکسید می‌شود یا به صورت مکانیکی برداشته می‌شود. با برخی از ترموپلاستیک‌ها، ماده باقی‌مانده نمی‌تواند به راحتی برداشته شود و با گذشت زمان انباشته می‌شود. ممکن است نیاز باشد صفحات داغ بین چرخه‌ها برداشته و تمیز شوند. با دماهای بالاتر، مراحل تطبیق و گرم کردن نسبت به جوشکاری صفحه داغ معمولی کوتاه‌تر می‌شوند. با این حال، کاهش استحکام جوش به دلیل تخریب حرارتی پلاستیک می‌تواند همچنان رخ دهد، اگرچه بیشتر ماده تخریب شده توسط جریان ماده مذاب خارج می‌شود. جوشکاری صفحه داغ با دمای بالا به خوبی برای موارد زیر شناخته شده است:
کوپلیمرهای PP و PP
ABS و PMMA
در جوشکاری صفحه داغ بدون تماس، سطوح جوش بدون تماس فیزیکی با صفحه داغ از طریق گرمایش همرفتی و تابشی ذوب می‌شوند. دمای صفحه داغ بین 400 تا 550 درجه سانتی‌گراد (752 تا 1,022 درجه فارنهایت) است و سطوح جوش حدود 1 تا 3 میلی‌متر (0.039 تا 0.118 اینچ) از صفحه داغ قرار می‌گیرند. ورودی حرارت باید به‌گونه‌ای کنترل شود که از تخریب حرارتی جلوگیری کند و در عین حال ماده را نرم کند. این نوع جوشکاری فاقد مرحله تطبیق است، بنابراین تناسب قطعات باید قبل از جوشکاری خوب باشد و انحراف قطعات نباید از 0.2 میلی‌متر (0.0079 اینچ) بیشتر باشد. در عمل، جوشکاری صفحه داغ بدون تماس فقط برای قطعات کوچک که ابعاد آنها بیش از 100 در 100 میلی‌متر (3.9 در 3.9 اینچ) نیست، استفاده می‌شود. یک ملاحظه اضافی اثر پشته (stack effect) است که زمانی که صفحه داغ به صورت عمودی قرار می‌گیرد، می‌تواند باعث گرم شدن نابرابر سطوح جوش شود.
یکی از نسخه‌های دیگر جوشکاری صفحه داغ، جوشکاری کفشه گرم یا جوشکاری کفشه داغ است که برای اتصال ورق‌های نازک با درزهای تزریقی استفاده می‌شود. در این فرآیند، یک کفشه داغ بین دو ورق حرکت می‌کند و سطوح جوش را ذوب می‌کند. رولرهای کفشه فشاری سبک را اعمال می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که ورق‌ها به صورت نزدیک با یکدیگر تماس داشته باشند، در حالی که رولرهای پیشران به نوک کفشه فشار می‌آورند جایی که ورق‌ها همگرا شده و درز پیوسته‌ای ایجاد می‌شود.
جوشکاری کفشه داغ می‌تواند جوش‌های تک لبه یا دو لبه ایجاد کند. برای جوش‌های دو لبه، از یک کفشه تقسیم‌شده استفاده می‌شود که در وسط خود دارای بخش غیر داغ است. این تنظیمات باعث می‌شود که یک جیب هوا غیر جوشیده بین درزها باقی بماند که می‌تواند برای آزمایش بدون تخریب از سلامت اتصال استفاده شود.
در جوشکاری کفشه داغ، سرعت حرکت واحد کفشه یک پارامتر اساسی است، زیرا توسط رولرها خودرو است. محدوده دمای معمول برای جوشکاری مواد مانند پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) بین 220 تا 400 درجه سانتی‌گراد (428 تا 752 درجه فارنهایت) است. سرعت حرکت معمولاً بین 0.7 تا 4 متر بر ثانیه (2.3 تا 13.1 فوت بر ثانیه) است. این ترکیب از دما و سرعت باعث می‌شود که ذوب و اتصال مناسب سطوح جوش انجام شود در حالی که نرخ تولید کارآمد حفظ می‌شود.