لحام البلاستيك بالصوت

**US 3,224,916**، *طريقة لحام صوتية لأجزاء بلاستيكية حرارية*، **Robert S. Soloff** و Seymour G. Linsley، المحوّلان إلى **Branson Instruments**؛ قُدّم الطلب في **6 ديسمبر 1963**، الرقم التسلسلي 328,500، ومُنحت البراءة في **21 ديسمبر 1965**؛ 8 مطالبات، الفئة الأمريكية 156-73. منتهية الصلاحية. الرسم في هذه الصفحة هو الورقة 1 الخاصة بالبراءة: FIG. 1 هو الوصلة، FIG. 2 هو البوق، FIG. 3 هو المقطع. تتناول المواصفة *لحام تجميعات أجزاء بلاستيكية حرارية بـ* *مصدر طاقة صوتية عالية الكثافة*، وهي تنص صراحةً على أنه يجب إحضار الأجزاء *في تلامس وثيق*، وأن الطريقة تمتد إلى *مواد بلاستيكية حرارية يصعب صهرها*، وهذه هي المطالبة المثيرة للاهتمام، لأن هذه هي بالضبط المواد التي يفشل الغراء معها أيضًا. الآن اذهب واعثر على واحد. افتح تجميعة مصبوبة رخيصة لا تمانع في تدميرها، مثل لعبة، أو مقبض شفرة حلاقة قابلة للتخلص منها، أو أنبوب قلم، أو غلاف جهاز صغير. انظر إلى الأسطح المتلاقية تحت المجهر. على الوصلة الملحومة ستجد، على وجه واحد فقط، **نتوءًا مثلثًا صغيرًا** يمتد حول خط الوصلة، بارتفاع جزء من المليمتر وعرض قاعدة يقارب عادةً الارتفاع. هذا هو موجّه الطاقة. وعلى جزء ملحوم بالفعل سيكون هذا النتوء مسطّحًا، وسيكون المادة المنصهرة قد اندفعت إلى كلا الجانبين على شكل خيط رفيع. قِس النتوء بالمجهر والقدمة ذات الفرجار. تُظهر الخطوة 4 سبب هذا الحجم تحديدًا دون غيره.

إذا كان لديك وصول إلى لحام بالموجات فوق الصوتية — من النوع البلاستيكي، وليس المعدني أو حمام التنظيف — فنفّذ هذه التجربة بشكل صحيح. وإذا لم يكن لديك ذلك، فإن الخطوة 3 تقدم بديلاً على الطاولة يوضح الآلية نفسها. اطبع أو اصنع قطعتين مسطحتين صغيرتين (كوبونات) بوجه وصل بأبعاد 40 × 10 مم. ضع على إحداهما موجِّه طاقة مثلثاً بارتفاع 0.4 مم وعرض 0.5 مم، يمتد على كامل الطول. اترك الزوج الآخر مسطحاً للمقارنة. اضبط الجهاز: تثبيت صلب أسفل الجزء السفلي، والقرن مسطحاً على الجزء العلوي، وابدأ بزمن لحام قصير وقوة منخفضة. ألحم، ثم افصل الوصلة بالتثبيت في المنجلة باستخدام ميزان النابض، وسجّل القوة و**مكان الكسر**. امسح ثلاثة متغيرات، واحداً تلو الآخر، وارسم كل واحد منها: - **زمن اللحام** — إذا كان قصيراً جداً فلن ينهار الموجِّه؛ وإذا كان طويلاً جداً فسيُعصر المصهور إلى الخارج وتُحرم الوصلة من المادة. - **القوة** — إذا كانت قليلة جداً فلن تبقى الأوجه متلامسة طوال الدورة؛ وإذا كانت كبيرة جداً فسيُسحق الموجِّه قبل أن ينصهر، فيُلغي تسخين القص. - **السعة (الأمبلitude)**، إذا سمح جهازك بذلك. اللحام الجيد ينكسر في **المادة الأصلية** بجوار الوصلة، لا عند الوصلة نفسها. أما الشاهد ذو الوجه المسطح فبالكاد سيصمد، وهذا هو الغرض من موجِّه الطاقة. معدات الموجات فوق الصوتية صاخبة بطريقة يُظهرها العداد بشكل متواضع — فجزء كبير من الطاقة يقع فوق نطاق السمع، أما توافقياتها تحت التوافقية فليست كذلك. ارتدِ واقياً للسمع، وأبعد أصابعك عن مسار القرن، ولا تلمس القرن أبداً بعد تشغيله.

ثلاث طرق لصهر الواجهة دون وحدة الموجات فوق الصوتية، يعلّم كل منها جانبًا مختلفًا من الفكرة نفسها. نفّذ الطرق الثلاث وقارن بين الكسور. **اللحام بالدوران.** ثبّت نتوءً أسطوانيًا مطبوعًا في مثقاب المنضدة، وامسك قطعته المقابلة في المنجلة أسفله، وشغّل المغزل بضع مئات من دورات الدقيقة (rpm) واضغط القطعتين معًا. يصهر الاحتكاك الواجهة خلال ثانية أو ثانيتين؛ أوقف المغزل وحافظ على الضغط حتى تتجمد. هذه هي الآلية نفسها الواردة في براءة الاختراع — شغل ميكانيكي يُنقل إلى الواجهة — مع استخدام الدوران بدلًا من الاهتزاز. لكنه لا يعمل إلا على الوصلات الدائرية، ولهذا تحديدًا كان يستحق اختراع الموجات فوق الصوتية. **اللحام بالمذيب.** على البولي كربونات أو الأكريليك، لا يلصق الإسمنت المذيب فعليًا: بل **يُذيب** كلا الوجهين فتنتشر السلاسل الجزيئية في بعضها، ثم يتبخر المذيب تاركًا قطعة واحدة. ضع القليل منه على الوجهين، واضغط، وثبّت، واترك الوصلة مدة أطول بكثير مما يبدو ضروريًا، فالوصلة المذيبة بعد ساعة واحدة لا تبلغ من قوتها النهائية إلا جزءًا يسيرًا. جرّب الإسمنت نفسه على البولي بروبيلين: لن يحدث شيء، لأنه لا يوجد مذيب شائع يمس البوليوليفين. هذا الإخفاق يستحق أن تتعمّد إحداثه. **اللحام بالصفيحة الساخنة.** اضغط الوجهين على صفيحة نظيفة ساخنة عند نحو 30 °C فوق نقطة الانصهار حتى يتكوّن خط منصهر، ثم ارفعهما واضغطهما معًا. الطريقة خشنة وبطيئة، لكنها تنتج أقوى وصلة من بين الطرق الثلاث على البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، وهكذا تُوصل أنابيب البلاستيك في باطن الأرض. اكسر الوصلات الثلاث جميعها وافحص وجوه الكسر تحت المجهر. اللحام الحقيقي يُظهر بوليمرًا مسحوبًا ذا ألياف، أما اللحام الفاشل فيُظهر وجهين أملسين لم يكونا قط قطعة واحدة. المذيبات اللاصقة متطايرة وكثيرًا ما تكون ضارة: استخدم خزانة الشفط أو اعمل في الهواء الطلق، وارتدِ قفازات من النتريل، وابتعد عن كل مصادر الاشتعال. تظل الصفيحة الساخنة خطرة لفترة طويلة بعد إيقاف تشغيلها.

**الإسناد.** البراءة الأمريكية 3,224,916، *طريقة لحام صوتية لأجزاء من البلاستيك الحراري*، لروبرت س. سولوف وسيمور ج. ليندسي، منقولة إلى شركة Branson Instruments؛ قُدّم الطلب في 6 ديسمبر 1963، ومُنحت في 21 ديسمبر 1965، وانتهت صلاحيتها. الرسم في هذه الصفحة من البراءة نفسها. **لماذا انتشرت بهذه السرعة.** لا يحتاج اللحام بالموجات فوق الصوتية إلى مواد استهلاكية، ولا زمن معالجة، ولا مذيب يُتعامل معه، ولا مادة ثالثة في الجزء. تستغرق الدورة جزءًا من الثانية، ما يناسب خط التجميع بسرعة القولبة، ولأنه يترك الجزء بارداً يمكن مناولته فوراً. عملياً، كل غلاف استهلاكي مصبوب لا يُثبَّت بالبراغي يُلحم بهذه الطريقة. **المُوجِّه للطاقة هو الاختراع الحقيقي.** تطبيق الموجات فوق الصوتية على وصلة مسطحة يسخّن كل شيء قليلاً دون أن يلحم شيئاً؛ توضح الخطوة 4 السبب. إن تركيز الإجهاد في مثلث صغير مقولب هو ما يحوّل مشكلة تسخين منتشرة إلى مشكلة صهر موضعي، وهو لا يكلف شيئاً، لأنه يُحفر في القالب مرة واحدة. **موقعه بالنسبة لدرجة اللاصق.** تتناول مخططات اللاصق في الكتالوج وصل *مواد مختلفة* بمادة ثالثة. اللحام هو الحالة المعاكسة: البوليمر نفسه، دون مادة ثالثة، وتصبح الوصلة غير قابلة للتمييز عن الأجزاء. عندما يكون الخياران ممكنين، يتفوق اللحام في السرعة والمتانة وقابلية إعادة التدوير؛ ويتفوق اللاصق عندما تختلف المواد، أو عندما يجب أن تسد الوصلة فجوة، أو عندما لا يمكن الضغط على الأجزاء معاً. **الحدود الصادقة.** اللحام بالموجات فوق الصوتية مخصص **للبلاستيك الحراري فقط** وللبوليمر *نفسه* على الجانبين في معظم الحالات، إذ لا تنتشر البوليمرات المختلفة في بعضها. يحتاج إلى ميزة وصلة مُقولبة، لذا يجب تصميمه منذ البداية ولا يمكن إضافته لاحقاً. وتلحم البوليمرات شبه البلورية مثل البولي بروبيلين والنايلون بصعوبة أكبر بكثير من البوليمرات غير المتبلورة مثل ABS، لأن الطاقة تُصرف في صهر البلورات بدلاً من رفع الوصلة فوق درجة الانتقال الزجاجي. كما أن المعدات ليست رخيصة ولا آمنة تماماً، وهذا هو سبب وجود الخطوة 3.