การเชื่อมแบบอัดรีดเป็นหนึ่งในกระบวนการที่ใช้ในการเชื่อมเทอร์โมพลาสติกและวัสดุคอมโพสิตซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 โดยเป็นการพัฒนาต่อยอดจากการเชื่อมด้วยแก๊สร้อนกระบวนการนี้สามารถทำได้ด้วยมือหรือโดยอัตโนมัติ^{[ 1 ] [ 2 ]}

กระบวนการนี้ใช้หัวเชื่อมที่มีหัวฉีดลมร้อนและเครื่องอัดรีดที่ดันวัสดุเติมออกมา กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่พื้นผิวที่เชื่อมต่อกันและเติมวัสดุเติมที่หลอมเหลวหรืออ่อนตัวแล้ว (วัสดุอัดรีด) โดยการอัดรีดผ่านแม่พิมพ์กระบวนการนี้ใช้แรงดันในการอัดรีดวัสดุเพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดติดที่ดี จากนั้นจึงปล่อยให้ชิ้นส่วนเย็นตัวลง

ขั้นตอนของกระบวนการเชื่อมนี้คล้ายคลึงกับ กระบวนการ เชื่อมพลาสติก อื่นๆ และประกอบด้วย: ^{[ 1 ] [ 3 ]}

• การเตรียมพื้นผิวของวัสดุฐาน - การกลึงร่องตามแบบรอยต่อที่ต้องการ และการทำความสะอาดพื้นผิวสัมผัสโดยการขูด เพื่อขจัดสิ่งสกปรกและออกไซด์ออกจากพื้นผิวรอยต่อ ซึ่งอาจปนเปื้อนรอยเชื่อมที่เสร็จสมบูรณ์ได้
• การประกอบรอยเชื่อม - การเชื่อมยึดชิ้นส่วนวัสดุฐาน (โดยใช้การเชื่อมแก๊สร้อน) หรือการใช้ระบบจับยึด
• การเชื่อม - การเพิ่มวัสดุที่ขึ้นรูปแล้วเข้าไปพร้อมกับการใช้แรงดัน
• การตกแต่งผิวรอยเชื่อมขั้นสุดท้าย - การกำจัดส่วนเกินของรอยเชื่อมด้วยเครื่องมือขูด เพื่อป้องกันรอยบากจากความเค้น ขั้นตอนนี้อาจจำเป็นหรือไม่จำเป็นก็ได้
• การระบายความร้อน - การปล่อยให้ชิ้นส่วนเย็นลงเพื่อให้พร้อมใช้งาน

จำเป็นต้องมีการอุ่นชิ้นงานก่อนเริ่มการเชื่อม โดยทั่วไปจะทำได้โดยใช้หัวเป่าลมร้อนบนปืนเชื่อมและเป่าลมร้อนไปที่บริเวณเริ่มต้นการเชื่อม เมื่อเริ่มการเชื่อมแล้ว ความเร็วในการเคลื่อนที่และมุมของปืนเชื่อมที่เหมาะสมจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวที่จะสัมผัสกันนั้นได้รับการอุ่นอย่างเพียงพอแล้ว

วัสดุตัวเติมเป็นโพลิเมอร์ที่มีลักษณะเป็นเส้นใยหรือเม็ดเล็กๆ

โดยทั่วไปแล้ว รอยเชื่อมส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้เป็นการเชื่อมแบบครั้งเดียว แต่แผ่นที่มีความหนามากกว่า 30 มม. จะต้องใช้การเชื่อมหลายครั้ง เนื่องจากการเชื่อมส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้ทำในครั้งเดียว การเชื่อมแบบอัดรีดจึงมักใช้เวลาน้อยกว่าโดยรวมเมื่อเทียบกับกระบวนการเชื่อมพลาสติกอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเชื่อมแก๊สร้อนซึ่งเป็นกระบวนการก่อนหน้า^{[ 1 ]}

การออกแบบร่วมกันประกอบด้วย:

• ข้อต่อชนกัน
  • ซิงเกิล-วี
  • ดับเบิลวี
• ข้อต่อรูปตัว T
• ข้อต่อที่ซ้อนทับกัน

รอยต่อแบบชนกันจะเป็นร่องตัววีเดี่ยวหรือร่องตัววีคู่ โดยทำมุม 45-90 องศาและมีช่องว่างที่โคนรอยต่อ 0-2 มม. หากเชื่อมร่องตัววีคู่ จะต้องทำการเชื่อมอย่างน้อยสองครั้ง

ข้อต่อรูปตัว T โดยทั่วไปจะมีมุมเอียงด้านเดียวที่ 45-60 °และช่องว่างที่โคน 0–2 มม. ^{[ 1 ]}

สามารถทำการเชื่อมต่อแบบ TYK ทั้งสำหรับท่อและการเชื่อมแบบฟิลเล็ตได้เช่นกัน

การเชื่อมแบบอัดรีดเป็นกระบวนการที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานที่ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการเชื่อมชิ้นส่วนหนาได้อย่างรวดเร็ว สำหรับการใช้งานบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่มีชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตขนาดใหญ่ซึ่งวิธีการเชื่อมพลาสติกแบบดั้งเดิม (เช่นการเชื่อมแผ่นความร้อน ) ไม่สามารถทำได้ การเชื่อมแบบอัดรีดจึงเป็นทางเลือกเดียวที่เป็นไปได้และคุ้มค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถังสำหรับของเสียเหลว วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และระบบจ่ายน้ำ เป็นการใช้งานทั่วไป ตราบใดที่สามารถสร้างพันธะปิดผนึกได้ การเชื่อมแบบอัดรีดก็สามารถใช้สำหรับการใช้งานกันน้ำได้เช่นกัน^{[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]}

การเชื่อมแบบอัดรีดประสบความสำเร็จมากที่สุดในการเชื่อมโพลีโอเลฟินประเภท ต่างๆ ^{[ 2 ] [ 4 ]}

วัสดุที่นิยมเชื่อมด้วยกระบวนการนี้ ได้แก่:

• โพลีเอทิลีน (PE) โดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง
• โพลีโพรพีลีน (PP)
• โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC)
• โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF)

แม้ว่าจะมีอุปกรณ์เชื่อมแบบอัดรีดหลายรูปแบบ แต่ชุดอุปกรณ์เชื่อมแบบอัดรีดทุกชุดจะมีส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่^{[ 1 ] [ 2 ] [ 6 ]}

เครื่องอัดรีด (Extruder) คือส่วนหนึ่งของระบบที่ทำหน้าที่ป้อนวัสดุเชื่อมผ่านระบบ การตั้งค่าของเครื่องอัดรีดจะขึ้นอยู่กับว่าวัสดุเชื่อมอยู่ในรูปเม็ดหรือเป็นเส้นม้วน หากใช้เส้นม้วน วัสดุจะถูกป้อนผ่านท่อเข้าไปในหัวเชื่อมแล้วออกมาทางช่องต่อ หากใช้เม็ด วัสดุเชื่อมจะถูกป้อนเข้าไปในถังพัก จากนั้นเครื่องอัดรีดแบบเกลียวที่ให้ความร้อนจะดันเม็ดวัสดุผ่านหัวเชื่อมและออกมาทางช่องต่อในรูปของวัสดุเชื่อมหลอมเหลว สามารถใช้เม็ดวัสดุเชื่อมได้เฉพาะเมื่อทำการเชื่อมในแนวราบหรือแนวนอนเท่านั้น

สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ แหล่งความร้อนแบบแผ่รังสีจะเป็นอากาศร้อน อากาศจะถูกทำให้ร้อนและเป่าผ่านหัวฉีดซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชุดหัวเชื่อม มีรูปทรงหัวฉีดที่แตกต่างกันให้เลือกใช้ และช่างเชื่อมอาจเลือกหัวฉีดที่เหมาะสมตามลักษณะของรอยต่อ แม้ว่าจะมีหัวฉีดอเนกประสงค์ แต่หัวฉีดบางชนิดก็ช่วยให้ความร้อนกระจายได้ทั่วถึงหรือเน้นเฉพาะจุดมากขึ้นสำหรับรอยต่อแต่ละประเภท แม้ว่าโดยปกติแล้วจะใช้อากาศร้อนเป็นวิธีการอุ่นก่อนเชื่อม แต่บางครั้งก็ใช้หลอดฮาโลเจนเป็นวิธีการอุ่นพื้นผิวสัมผัสก่อนเชื่อม^{[ 1 ]}

หัวเชื่อม (Welding shoe) คือส่วนที่เป็นแม่พิมพ์อยู่ตรงปลายของท่อป้อนวัสดุเชื่อม โดยทั่วไปแล้ว หัวเชื่อมจะทำจากโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่ติดวัสดุของ PTFE หัวเชื่อมมีหลายรูปทรงและขนาด ขึ้นอยู่กับการออกแบบรอยเชื่อมที่ต้องการเชื่อม หัวเชื่อมจะมีส่วนยื่นนำทาง (guide nipples) เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุหลอมเหลวไหลไปในทิศทางที่ไม่ต้องการ

มีพารามิเตอร์การเชื่อมหลักหลายประการ และแต่ละพารามิเตอร์มีผลต่อกระบวนการเชื่อมแตกต่างกัน บางอย่างขึ้นอยู่กับช่างเชื่อม ในขณะที่บางอย่างสามารถตั้งค่าบนเครื่องก่อนเริ่มการเชื่อมได้ การหาความสมดุลที่ดีของแต่ละพารามิเตอร์เป็นกุญแจสำคัญในการสร้างรอยเชื่อมที่แข็งแรงและสวยงาม การใช้ระบบอัตโนมัติหรือทักษะของช่างเชื่อมที่มีประสบการณ์ ควบคู่กับการตั้งค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสม จะทำให้ได้รอยเชื่อมที่สม่ำเสมอและทำซ้ำได้^{[ 2 ]}

ความเร็วในการเชื่อมหรือความเร็วในการเคลื่อนที่ คืออัตราที่การเชื่อมเคลื่อนที่ไปตามรอยเชื่อม สำหรับระบบอัตโนมัติ สามารถตั้งค่าความเร็วในการเชื่อมได้ก่อนที่เครื่องจะเริ่มทำงาน สำหรับการตั้งค่าแบบแมนนวล ความเร็วในการเคลื่อนที่จะขึ้นอยู่กับช่างเชื่อม หากความเร็วในการเคลื่อนที่เร็วเกินไป จะไม่มีวัสดุเติมมากพอ ทำให้ได้รอยเชื่อมขนาดเล็ก การเคลื่อนที่เร็วเกินไปอาจทำให้ไม่มีเวลาเพียงพอที่จะให้ความร้อนแก่พื้นผิวที่สัมผัสกันอย่างเพียงพอ ซึ่งจะส่งผลให้การยึดเกาะของวัสดุที่อัดขึ้นรูปกับพื้นผิวที่สัมผัสกันไม่ดี การยึดเกาะที่ไม่ดีนี้จะนำไปสู่ความแข็งแรงที่ต่ำของชิ้นส่วนที่เชื่อม ในทางกลับกัน หากความเร็วในการเคลื่อนที่ต่ำเกินไป จะมีวัสดุเติมมากเกินไป ทำให้ได้รอยเชื่อมที่ไม่สวยงามและอาจเกิดการกระเด็นของโลหะซึ่งจะต้องกำจัดออก^{[ 6 ]}

ตำแหน่งของปืนเชื่อมมีความสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุที่อัดขึ้นรูปถูกวางลงในบริเวณที่ถูกต้อง เมื่อใช้ระบบแบบแมนนวล ช่างเชื่อมจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าหัวเชื่อมถูกเล็งอย่างถูกต้อง หากมีการเบี่ยงเบนระหว่างปืนและรอยต่อ วัสดุจะไม่ถูกวางลงในบริเวณที่ถูกต้อง เพื่อช่วยนำทางช่างเชื่อม แผ่นรองเชื่อมจะมีรูปร่างเฉพาะสำหรับรูปทรงเรขาคณิตของรอยต่อที่กำหนด เพื่อให้ตำแหน่งคงที่ตลอดการเชื่อม^{[ 6 ]}

อุณหภูมิของวัสดุที่อัดขึ้นรูปจะถูกตั้งค่าบนเครื่องอัดขึ้นรูปก่อนเริ่มการเชื่อม อุณหภูมิต้องสูงพอที่จะทำให้วัสดุที่อัดขึ้นรูปมีความเหลวเพียงพอที่จะไหลได้ แต่ไม่สูงเกินไปจนวัสดุตัวเติมโพลีเมอร์เริ่มสลายตัวทางเคมี อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับวัสดุที่อัดขึ้นรูปจะขึ้นอยู่กับชนิดของโพลีเมอร์ที่ใช้^{[ 1 ]}

จากการศึกษาพบว่าอัตราการไหลของอากาศและอุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดสองประการในการพัฒนาความแข็งแรงต่อการคืบของชิ้นส่วนที่เชื่อม เนื่องจากอัตราการไหลของอากาศและอุณหภูมิอากาศเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดสองประการในการพัฒนาชั้นหลอมเหลวก่อนการเชื่อม ชั้นหลอมเหลวคือชั้นของพอลิเมอร์หลอมเหลวบนพื้นผิวสัมผัส เมื่อชั้นหลอมเหลวมีความหนาที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อม ความแข็งแรงต่อการคืบของรอยเชื่อมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับอุณหภูมิของวัสดุที่อัดขึ้นรูป อุณหภูมิและอัตราการไหลของอากาศที่เหมาะสมสำหรับวัสดุฐานจะขึ้นอยู่กับชนิดของพอลิเมอร์ที่กำลังเชื่อม นอกจากนี้ อัตราการไหลของอากาศอาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของหัวฉีด^{[ 3 ] [ 5 ]}

อัตราการอัดรีดคือปริมาณของวัสดุที่ถูกถ่ายโอนเข้าไปในรอยต่อในแต่ละช่วงเวลา อัตราการอัดรีดต้องสมดุลกับอุณหภูมิของวัสดุและอัตรา/อุณหภูมิของการไหลของอากาศเพื่อให้ได้คุณสมบัติการเชื่อมที่เหมาะสม หากเติมวัสดุไม่เพียงพอ รอยต่อจะไม่หลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์ ในทางกลับกัน หากเติมวัสดุมากเกินไป อาจทำให้เกิดเศษวัสดุหรือจุดแหลมคมที่ปลายรอยเชื่อม ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นจุดรับแรงและลดความแข็งแรงของรอยเชื่อมอย่างมากทั้งในการรับแรงแบบไดนามิกและการรับแรงล้า^{[ 5 ]}

ข้อได้เปรียบหลักของการเชื่อมแบบอัดรีดคือสามารถบรรลุอัตราการสะสมของวัสดุเติมลงในรอยต่อได้สูงมาก จึงช่วยลดเวลาในการทำงาน เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมด้วยแก๊สร้อน ซึ่งเป็นกระบวนการเชื่อมพอลิเมอร์ที่มีการใช้งานหลายอย่างเหมือนกัน เวลาที่ใช้ในการเชื่อมจะเร็วกว่าถึง 5-6 เท่า^{[ 1 ]}

ด้วยพารามิเตอร์ที่เหมาะสม พื้นที่หลอมรวมของรอยเชื่อมจะไม่ใช่ส่วนที่อ่อนแอที่สุดของชิ้นส่วนโพลีเมอร์ที่ผลิตขึ้น^{[ 5 ]}

เนื่องจากพารามิเตอร์การเชื่อมหลักหลายอย่างถูกตั้งค่าไว้ล่วงหน้าในเครื่อง จึงทำให้สามารถเชื่อมได้คุณภาพสูงอย่างสม่ำเสมอ

หากใช้การเชื่อมแบบอัดรีดด้วยมือ ช่างเชื่อมจะต้องมีทักษะในระดับหนึ่งเพื่อให้ได้รอยเชื่อมที่แข็งแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมในแนวตั้งหรือเหนือศีรษะ นอกจากนี้ เครื่องจักรแบบใช้มืออาจมีน้ำหนักมากถึง 12 กิโลกรัม ซึ่งจะทำให้ใช้งานลำบาก^{[ 1 ] [ 2 ]}