Assemblage : choisir la soudure par haute-fréquence

Le principe du chauffage par haute fréquence (HF)

Le principe de la soudure par haute fréquence est un échauffement interne de la matière placé entre deux plaques d’un condensateur soumis à un champ électromagnétique alternatif.

Plus précisément, ce champ électromagnétique est réalisé au moyen de circuits oscillants associés à des tubes électroniques thermoïoniques.

Ce procédé est appelé : chauffage électro-thermique.

Vous pouvez chauffer les matériaux pour :

• les traiter ;
• les fondre ;
• les souder.

Il existe deux types de chauffage par haute fréquence (HF) :

• Le chauffage par induction utilisant les fréquences de 200 kHz à 5 kHz. Ces fréquences échauffent les matériaux conducteurs de l’électricité. Ils chauffent grâce aux pertes par hystérésis magnétiques et par courant de Foucault.
• Le chauffage par perte diélectrique (ou capacitif) utilisant les fréquences allant de 5 MHz à 100 MHz pour le chauffage des matériaux isolants de l’électricité.

Dans cette fiche, nous nous limiterons volontairement à la soudure par échauffement diélectrique pour l’assemblage de plusieurs matériaux, nous l’appellerons soudure haute fréquence (HF).

Un échauffement au cœur de la matière

Plaçons de la matière sous l’outillage d’une machine haute fréquence (HF). Les molécules de la matière, si elles sont « polaires » (une polarisation bipolaire est idéale), vont s’orienter dans le champ électromagnétique, comme une aiguille de boussole. Comme le champ s’inverse à la fréquence imposée par le générateur, l’orientation des molécules dans le champ électromagnétique provoque un échauffement tel qu’il est possible d’atteindre les températures de fusion des matériaux.

L’outillage peut être complexe, en 3D, avec des formes précises avec matrice et contre matrice pour réaliser :

• soit une ou des soudures ;
• soit une ou des découpes ;
• soit une soudure et une découpe en même temps.

Les outillages sont spécifiques pour l’assemblage des thermoplastiques par haute fréquence (HF) : ils sont appelés électrodes et sont adaptés à :

• la famille de thermoplastique ;
• la polarité de la matière (ou facteur de soudabilité) ;
• l’épaisseur de la matière (possible de 0,02 mm à plusieurs millimètres) ;
• aux formes et dimensions de la pièce à réaliser.

Des temps de cycles court en HF : échauffement rapide des matériaux

Dans la soudure des thermoplastiques, seule la technologie de l’ultrason permet d’avoir des temps de soudure aussi rapide (quelques secondes à quelques minutes).

Les temps de cycles varient en fonction de :

• la nature des matériaux ;
• l’épaisseur des matériaux (plus les matières sont fines plus il faut de temps de soudure) ;
• la puissance de la machine ;
• la courbe de montée en puissance de la machine. Un palier à demi-puissance, pendant quelques secondes, avant d’arriver en pleine puissance permet d’éviter les flashs. C’est indispensable pour les matières comme les PVC rigides (sans plastifiant).

Les temps sur une machine de soudure HF se décomposent comme tel :

• Temps de fermeture presse : vitesse de descente du vérin de presse et pression réglable.
• Temps de préchauffage des matières (non obligatoire).
• Temps de soudure HF.
• Temps de refroidissement (non obligatoire).
• Temps d’ouverture presse : vitesse de descente du vérin de presse et pression réglable.

Pensez à la conduction thermique d’une matière à une autre

• Utilisez un matériau sensible à la haute fréquence (épaisseur minimum à déterminer).
• Le monter en température avec la haute fréquence :
  • si la température est suffisante pour faire ramollir ou fondre la matière non polaire expérimentée, alors la soudure par HF est possible ;
  • si non, augmenter l’épaisseur ou changer la nature du matériau réactif à la haute fréquence.