Soudage par laser, système triphasé, bts Plasturgie 2007

Souder deux matières plastiques entr elles peut être un exercice assez difficile lorsque la zone de soudure n'est pas plane ou bien n'est pas accessile. La technique de soudage par laser est alors un moyen pour réussir, à condition que l'une des deux matières plastiques soit transparente au rayon laser incident et que l'autre absorbe ce rayonnement pour le transformer en énergie thermique. On s'intéresse ici à l'assemblage d'une pièce en polycaronate et d'une pièce en acrylonitrile butadiène styrène ABS, qui sont des polymères thermoplastiques. Le laser émet un rayonnement de longueur d'onde comprise entre 810 nm et 940 nm. A quel domaine électromagnétique appartient ce rayonnement ? IR. Le polycarbonate PC est transparent à la lumière laser incidente. Cela signifie t-il que le pourcentage de transmission du rayonnement à travers le PC est de 25%, 75%, 100%, 0% ? 100%. Calculer l'énergie d'un photon de longueur d'onde l=850 nm. h = 6,62 10-34 Js ; c = 3,00 108 m/s. E = hc/l avec l en mètre ; l = 850 10-9 m. E =6,62 10-34 * 3 108 / 850 10-9 =2,336 10-19 J ( 2,34 10-19 J) A cette longueur d'onde le laser a une densité de puissance de 1,0 103 W cm-2. En supposant que l'ABS absorbe toute l'énergie, calculer la puissance reçue par la pièce en ABS pour une surface à souder de 0,50 cm2. P = 1,0 103 *0,50 = 5,0 102 W. En déduire le nombe de photons reçus chaque seconde par la pièce à cette longueur d'onde. 500 / 2,336 10-19 =2,1 1021 photons. On se propose de calculer la valeur d'énergie nécessaire pour faire passer l'ABS situé dans la zone de soudure de la température q1 = 20°C à la température q2 = 150 °C. La température de transition vitreuse de l'ABS vaut qv=110°C. La zone de soudure sera moélisée par un cylindre d'ABS de hauteur 2,0 mm et de base un disque dont la surface vaut 0,50 cm2. masse volumique de l'ABS : r = 1,04 g cm-3. capacité thermique massique de l'ABS : cp = 1,8 J g-1 K-1. Calculer le volume et la masse du cylindre d'ABS. volume : surface de base *hauteur = 0,5*0,2 = 0,10 cm3. masse = volume * masse volumique =0,10*1,04 = 0,104 g. Déterminer l'énergie thermique nécessaire pour porter toute la matière du cylindre de 20 °C à 150 °C. Q = m cP( q2-q1) avec m (kg). Q= 0,104 *1,8*(150-20) =24,3 J. Au niveau de la pièce en ABS, seule une partie de la puissance radiative se transforme en puissance thermique de valeur 50 W. Calculer le temps nécessaire pour ramolir la zone de soudure. 50/24,3 = 2,1 s. Le PC en contact avec la pièce d'ABS se ramollit aussi. Justifier ce deuxième ramollissement par un phénomène physique. Phénomène de conduction thermique : la chaleur se propage de proche en proche. Système triphasé. Un atelier de plasturgie contient un ensemble de dix presses identiques branchées chacune sur un réseau triphasé 230 V/400 V ; 50 Hz. Une des presses présente un problème électrique. L'électricien chargé de la réparation doit, avant toute intervention, déterminer la nature de chaque fil d'alimentation. Pour cela, il mesure au voltmètre la tension électrique entre les différentes bornes accessibles : entre A et C : 230 V ; entre A et D : 400 V ; entre B et C : 230 V. Déterminer le fil neutre. entre A et C : 230 V , c'est à dire une tension simple : l'un des deux fils A ou C est le neutre. entre A et D : 400 V , c'est à dire une tension composée : les fils A et D sont des fils de phase. entre B et C : 230 V, c'est à dire une tension simple : l'un des deux fils B ou C est le neutre. C : fil neutre. La presse défaillante est branchée en étoile avec neutre. Faire le schéma du branchement pour trois récepteurs. La puissance totale absorbée lorsque toutes les presses fonctionnent vaut 250 kW ; l'intensité en ligne vaut 42 A pour une presse. Calculer le facteur de puissance d'une presse. P = U I 3½ cos j avec P = 250 /10 =25 kW = 25 000 W ; I= 42 A (intensité en ligne) et U = 400 V( tension composée) cos j =P /( U I 3½ ) = 25000 / (400*42*1,732) =0,86.

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