Przeglądaj wersję html pliku:

12 Techniki łączenia tworzyw sztucznych - spawanie


Instytut In1 ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych

Techniki ł3 czenia tworzyw sztucznych – spawanie
1. Cel wiczenia
Celem iw czenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz2 cymi metod ł2 czenia tworzyw sztucznych, a tak6 e wykonanie poł2 czenia próbek wybranymi metodami .

2. Okre7 lenie podstawowych zagadnie8 oraz opis metod ł9 czenia.
Tworzywa sztuczne mo6 emy ł2 czy5 poprzez klejenie, poł2 czenia mechaniczne (nity, gwinty, zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo6 na dodatkowo ł2 czy5 technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody ł2 czenia zale6 y od postaci ł2 czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak6 e od budowy chemicznej i wła@ ciwo@ ci fizycznych ł2 czonych materiałów.

2.1. Spawanie tworzyw sztucznych
Techniki spawania maj2 zastosowanie w przypadku ł2 czenia elementów z tworzyw termoplastycznych, gdzie konieczne jest wykonywanie trwałych poł2 czeA z du6 wydajno@ ci2 i mo6 liwie wysok2 jako@ ci2 . Ł2 czenie technik2 spawania umo6 liwia uzyskanie wyrobów finalnych o zało6 onych parametrach u6 ytkowych w sposób szybki i stosunkowo małym kosztem (rys. 1).

Rys. 1. Zbiornik do galwanizacji wykonany z polipropylenu (PP) technikami spawania. Szkielet jest stalowy pokryty przyspawanymi profilami z PP.

Spawanie termoplastów polega na doprowadzaniu ciepła do łC czonych powierzchni i materiału łC czC cego (spoiwa), w celu uplastyczniania ich i docisku spoiwa do łC czonych powierzchni. Podczas spawania, miedzy uplastycznionym materiałem ł2 czonym i spoin2 , zachodzi dyfuzja makrocz2 steczek i po ochłodzeniu powstaje trwałe zł2 cze kohezyjne. Warunkami dobrej dyfuzji jest odpowiednia ruchliwo@ dyfunduj2 cych łaA cuchów, dlatego materiał ł2 czony i spoiwo powinny mie5 podobn2 temperaturE miE knienia (topnienia), a tak6 e podobn2 budowE chemiczn2 [6]. WiE kszo@ tworzyw termoplastycznych jest ze sob2 niemieszalna termodynamicznie, w zwi2 zku z tym spoiwo musi by5 z tego samego polimeru co materiał ł2 czony. Wyj2 tkiem jest np. polimetakrylan metylu (PMMA), który mo6 na spawa5 zmiE kczonym (suspensyjnym-przezroczystym) polichlorkiem winylu (PVC). Umo6 liwia to uzyskanie wiE kszej wytrzymało@ ci poł2 czenia ni6 przy stosowaniu prE tów z PMMA. Tworzywa termoplastyczne wykazuj2 ce w stanie uplastycznionym takie cechy jak: podatno@ na destrukcje termooksydacjn2 , skłonno@ do degradacji termicznej, du6 y wskaF nik szybko@ ci płyniE cia

Techniki ł2 czenia tworzyw sztucznych – spawanie

D5

D5

B2

!0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢  ) ¥©## ¥   © §¥£ ¡ D5 D5

5

4

1

Instytut Inb ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad (MFR), sc materiał których ł c zenie technikami spawania wic e sif z dodatkowymi trudnog ciami lub ami, czf sto jest praktycznie niewykonalne. W technikach spawania, nagrzewanie odbywa sif w strumieniu gorc cego gazu najczf ciej powietrza, lub w przypadku tworzyw wrad liwych na termooksydacjf (utleniania pod wpł ywem podwyd szonej temperatury) - azotu, argonu, etc [3]. Wytrzymał oh mechanicznp wzglq dnp spoiny okreg la sif stosunkiem wytrzymał ci na og rozcic ganie spoiny do wytrzymał ci materiał pierwotnego (nie spojonego). Wytrzymał ci wzglf dne og u og spoin wahajc sif w granicach 50%-90% w zaled nog ci od materiał i techniki spawania. Spoiny u wykonywane przez automaty majc wif kszc wytrzymał nid spoiny wykonane rf cznie. og W technikach spawania tworzyw sztucznych stosuje sif dwa rodzaje spoin: czoł owe (spoiwo wprowadza sif mif dzy powierzchnia styku elementów) (rys. 2. a,b,d,e) i pachwinowe (spoiwo wprowadza sif obok styku elementów) (rys. 2. c). Mod liwe jest ted wykonywanie spoin mieszanych czoł owo-pachwinowych.

Rys. 2. Przykł adowe rodzaje spoin a) spoina V, b) spoina X, c) spoina pachwinowa pojedyncza, d) spoina ½ V, e) spoina K

Do wykonywania poł c zes spawanych termoplastów stosuje sif najczf ciej dwie techniki: spawanie drutem (ang. welding wire) nazywane równied spawanie prf tem i spawanie ekstruzyjne (ang. extrusion welding) zwane ted spawaniem wytł ocznym. 2.1.1. Spawanie drutem-prq tem u c Drutem-prf tem nazywamy postar materiał ł c z ego wykonanego najczf ciej z tego samego tworzywa co ł c zone elementy, o przekroju okrc gł lub trójkc tnym i wymiarach poprzecznych od 3 do ym 7 mm. Podczas spawania drutem powierzchnie ł c zone i materiał spoiwa w postaci drutu lub prf ta adana jest uplastyczniane sc gorc cym gazem, nastf pnie rf cznie lub stopkc dyszy spawalniczej ukł spoina (rys. 3 i rys. 4). Aby tc technikc poł c zyr grubsze elementy, niezbf dne jest uł enie wif kszej od liczby c iegów.

Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – spawanie

¨ g

g ¨

¨ g

WVa PSRYSY !0¢`(!%&%$X W!S¨¦¤¢G VP U T R QPI H ed cc Dr c c c c i¨

c

c

g

2

Instytut In‰ ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad

Rys. 3. Schemat spawania drutem w strumieniu gor‘ cego powietrza. a – drut spawalniczy, b – gor‘ ce powietrze, c – spoina, d – zukosowany ł c zony materiał e – dysza spawalnicza ,

Rys. 4. Spawanie pł z PP drutem profilowym z zastosowaniem dyszy spawalniczej. yt

W przypadku braku dyszy spawalniczej mo’ liwe jest spawanie wahadł owe (Urz d Dozoru Technicznego nazywa takie spawanie wachlarzowym) bez u’ ycia dyszy (rys.5 i rys. 6.), spawanie wtedy jest zdecydowanie mniej wydajne (ok. 10-krotnie wolniejsze).

Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – spawanie

„ƒˆ w€y†€† !0¢‡(!%&%$… „!€¨¦¤¢t ƒw ‚  y xwv u
a e
A-A

b d

c
A

A

‘

3



Instytut Inl ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
2 9 7

Rys. 5. Spawanie wahadł owe prn tem z tworzywa w strumieniu goro cego gazu (najczn ciej powietrza): 1 – materiał ł c zone, 2 – prn t-drut z tego samego tworzywa co materiał ł c zone, 3 – kor cówka spawarkiy y ywka, 6 – ukosowany pod ko tem 60O dmuchawy goro cego gazu, 4 – lico wykonanej spoiny, 5 – nadlew-wypł materiał– spoina doczoł V, 7 – kierunek wykonywanego ruchu wahadł owa owego, 8 – goro cy gaz, 9 – nacisk na prn t spawalniczy (ok. 1 – 2 kg)

Rys. 6. Zobrazowanie prawidł owego nadlewu-wypł ywki przy wahadł owym spawaniu utwardzonego polichlorku winylu (PVC) i profilowanego prn ta spawalniczego PVC.

Bardzo istotna podczas spawania drutem jest odpowiednio dobrana temperatura gorm cego gazu, oraz równomierna prs dkot spawania i nacisk, tak aby powstałwł ciwy nadlew-wypł at ywka, który jest gwarancjm dobrego spawu. Zarówno materiał ł zony jak i drut spawalniczy muszm byu w takim c samym stopniu uplastycznione, gdyv w przeciwnym wypadku nie nastm pi dyfuzja i spoina bs dzie wadliwa. Nalev y podkret liu , e temperatura którm bs dzie miał tworzywo podczas spawania zalev y o jednoczet nie od temperatury gazu oraz prs dkot ci spawania, czyli czasu jaki bs dzie gorm cy gaz oddział ywałz tworzywem. Przy wis kszej prs dkot ci spawania temperatura gazu powinna byu wyv sza niv przy mniejszej prs dkot ci spawania. Na rysunku 7 pokazane jest jak nalev y dobierau warstwy spoin w zalev not ci od grubot ci materiał ł c zonego. Nalev y zwróciu uwags , e do wykonania spoiny X potrzeba mniej materiał niv do u u wykonania analogicznej spoiny V.

Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – spawanie

qp

gfk –™˜i™i !0¢j(!%&%$h g!™¨¦¤¢“ f– e d ˜ —–• ”
1 8 5 4 6 3

o

m

v

Du

v

m

o

4

m

Instytut In† ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad

2.1.2. Spawanie ekstruzyjne W spawaniu ekstruzyjnym (wytł ocznym) uplastycznione spoiwo jest wytł aczane z wytł aczarki i specjaln‡ gł owic‡ tzw. butem spawalniczym jest formowana spoina miedzy uplastycznionymi gor‡ cym gazem powierzchniami ł c zonymi (rys. 8). T‡ metod‡ moŒ emy jednym przej ciem wykonywaŽ spoiny o duŒ ej grubo ci. Spawanie ekstruzyjne jest bardziej wydajne niŒ spawanie drutem.

A-A

Rys. 8. Schemat spawania ekstruzyjnego. a – stopione tworzywo z ekstrudera, b – gor‡ ce powietrze, c – spoina, d – ukosowany ł c zony materiał e – but spawalniczy z PTFE, f – podstawa buta, g – dysza , ekstrudera.

Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – spawanie

‡

‡

‹Š

Rys. 7. Zaleˆ no‰

ilo‰ ci warstw spoiwa od grubo‰ ci (mm) spawanych elementów.

€… z}|ƒ}ƒ !0¢„(!%&%$‚ !}¨¦¤¢w €z  ~ | {zy x
g f c e

a

b

A A

d

5

‡

Instytut Inž ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad

Rys. 9. Spawanie doczoł pł z PEHD spawark  ekstuzyjn  owe yt

Wybór metody ł c zenia zale¡ y od postaci ł c zonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak¡ e od budowy chemicznej i wł ciwo¢ ci fizycznych ł c zonych materiał a¢ ów.

3. Sposób wykonania wiczenia

Instrukcja obsł urzŸ dze¤ wraz z danymi technicznymi oraz uwagami dotyczŸ cymi BHP ugi powinna znajdowa¥ si¦ na stanowisku. Obsł ugiwanie urzŸ dze¤ do spawania i zgrzewania jest dozwolone tylko w obecno¢ ci prowadzŸ cego iw czenie po uprzednim zapoznaniu si¦ z instrukcjŸ lub przeszkoleniu. Nale¡ y c i e stosowa¥ si¦ do polece¤ prowadzŸ cego iw czenie. Nale¡ y zachowa¥ l szczególnŸ ostro¡ no¢ , gdy¡ w przeciwnym wypadku istnieje gro§ ba poparzenia.

3.1. Spawanie tworzyw sztucznych
Na iw czeniach przewidziane jest przeprowadzenie spawania drutem bez oraz z dyszŸ szybkiego spawania a tak¡ e spawanie ekstruzyjne. W/w metodami wykonane zostanŸ zł c za doczoł owe pł z PE i PP ukosowanych na V lub X w zale¡ no¢ ci od grubo¢ ci pł Wykonane zł c za yt yt. o¢ prowadzŸ cy iw czenie poprzecina w próbki do bada¤ wytrzymał ci wzgl¦ dnej spoin a nast¦ pnie zostanŸ przeprowadzone próby wytrzymał ciowe. o¢

4. Literatura
1. Schreder W.: Tworzywa sztuczne. Przeróbka i spawanie. Wydawnictwo Naukowo Techniczne. Warszawa 1973 2. Klimpel A.,: Spawanie i zgrzewanie tworzyw termoplastycznych. Wydawnictwo Politechniki lŸ skiej, Gliwice 2000 3. Wytyczne Urz¦ du Dozoru Technicznego „SPAWACZE I ZGRZEWACZE TERMOPLASTYCZNYCH TWORZYW SZTUCZNYCH”, WDT-ST-1/00, Warszawa 2000

Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – spawanie

Ÿ

Ÿ

™˜ ’•”›•› !0¢œ(!%&%$š ™!•¨¦¤¢ ˜’ — – ” “’‘  ¥ Ÿ Ÿ ¥ £ ¢¢ Ÿ D¥

¥

¥

Ÿ

¨

6

Instytut In¸ ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad 4. K. Kwiatkowski, Z. Rosł aniec – „Badanie poł c zeº spawanych elastomerów poli(eterowoestrowych). Cz. I. Wpł zawarto» ci segmentów gi¼ tkich na morfologi¼ i wł ciwo» ci yw a» mechaniczne”, POLIMERY 2004,49, 268-274 5. Spawanie termoplastycznych tworzyw sztucznych przy u½ yciu spawarek r¼ cznych. Materiał y reklamowe firmy LEISTER, prospekt 21A/PL , Kagiswil, Szwajcaria

Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – spawanie

³²· ¬¯®µ¯µ !0¢¶(!%&%$´ ³!¯¨¦¤¢© ²¬ ± ° ® ­¬« ª ¹

7

¹

 
statystyka