ÅÄ czenie elementów z tworzyw sztucznych, cz. 2: spawanie

Wytwarzanie i przetwórstwopolimerów!Łączenie elementów z tworzyw sztucznych, cz.2 -­‐ spawanie dr in. Michał Strankowski Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Spajanie Spajanie jest procesem trwałego łączenia tworzyw termoplastycznych, wskutek ich przejścia w miejscu łączenia, w stan plastyczny. Spajanie można podzielić na zgrzewanie oraz spawanie.

Spawanie Spawana obudowa wentylatora

Spawaniem nazywa się łączenie uplastycznionych krawędzi tworzyw sztucznych za pomocą d o d a t k o w e g o m a t e r i a ł u w p o s t a c i p r ę t a spawalniczego. Proces odbywa się bez wywierania nacisku wzajemnego łączonych elementów. Na rysunku 5.8.2./1. przedstawiono rodzaje połączeń spawanych. a) b) c) d)e) f) g) h)Rys. 5.8.2./1. Rodzaje połączeń spawanych: a) doczołowe, b) zakładkowe, c) nakładkowe, d) teowe, e) krzyżowe, f) ukośne, g) kątowe, h) wielokrotne.

Podczas łączenia grubszych części nie zaleca się stosować połączeń zakładkowych oraz nakładkowych ze względu na niekorzystny rozkład naprężeń przy obciążeniu połączeń. Rodzaj połączenia oraz spoiny zależy w głównej mierze od konstrukcji połączenia, możliwych do przenoszenia obciążeń oraz powstających naprężeń. Połączenia spawane można wykonać za pomocą różnych rodzajów spoin, np. połączenie doczołowe może być wykonane za pomocą spoiny V lub spoiny X, połączenia teowe -­‐ za pomocą spoiny pachwinowej lub spoiny K.

Najczęściej stosowane rodzaje spoin Rys. 5.8.2./2. Rodzaje spoin: a) spoina V, b) spoina X, c) spoina pachwinowa, d) spoina HV, e) spoina K.

Największe znaczenie ma proces spawania w strumieniu gorącego gazu przy użyciu prętów spawalniczych spełniających rolę spoiwa. Znajduje on zastosowanie głównie do spawania elementów z twardego PVC, rzadziej zmiękczonych poliolefin, poliamidów i poli(metakrylanu metylu). Najczęściej stosowanym nośnikiem ciepła jest sprężone powietrze, które nie powinno zawierać oleju i wody. Do spawania tworzyw, podatnych na utlenianie w podwyższonej temperaturze, używa się obojętnego gazu (zwykle azotu). Pręty spawalnicze są wykonywane z tego samego tworzywa co łączone elementy. Jedynie do spawania poli(metakrylanu metylu) stosuje się również pręty wykonane z zmiękczonego PVC. Umożliwiają one uzyskanie większej wytrzymałości połączenia niż pręty z PMMA.

Pręty spawalnicze wykonywane są z tego samego materiału (lub też podobnego), co materiał elementów łączonych. Zwykle ich średnica wynosi 2-­‐6 mm. Podczas spawania elementów o grubości większej niż 2 mm, nie ma możliwości nałożenia jednorazowo całej spoiny, dlatego też w takich przypadkach spoinę tworzy się przez łączenie ze sobą prętów (Rys. 5.8.2./3.). Rys. 5.8.2./3. Tworzenie spoiny z kilku prętów spawalniczych: a) w przypadku spoiny V, b) w przypadku spoiny X; liczbami oznaczono kolejność nakładania poszczególnych prętów.

Przygotowanie elementów do spawania obejmuje takie operacje, jak wycinanie wykrojów z płyt i twardych folii, przecinanie rur i ukosowanie krawędzi. W przypadku elementów przeznaczonych do spawania czołowego obrabia się ich krawędzie w celu ułatwienia dostępu ciepła do dolnych warstw spajanego materiału. Przy wykonywaniu spojeń czołowych ukosuje się powierzchnie łączonych elementów zwykle pod tym samym kątem (30°-­‐35° dla PVC, PP i PMMA i 20-­‐25° dla PA). Jedynie przy spajaniu elementów o różnej grubości, cieńszemu elementowi jest nadawany mniejszy, a grubszemu większy kąt tak, by np. w przypadku spawania PVC tworzyły one w sumie 60-­‐70°. Aby uzyskać spoinę V o dobrych właściwościach wytrzymałościowych, należy wypełnić jej dno cieńszym prętem a resztę rowka grubszymi prętami. Liczba warstw spoiwa niezbędna do wypełnienia spoiny czołowej jest uwarunkowana grubością łączonych elementów.

Ze względu na niebezpieczeństwo termicznego rozkładu spoiwa, ogrzewanie przy spawaniu powinno być możliwie jak najszybsze a zarazem efektywne. Pręt spawalniczy należy prowadzić zawsze prostopadle do spawanych powierzchni, wywierając przy tym nacisk odpowiednio do przekroju pręta. Dla pręta o przekroju kołowym i średnicy 2 mm, nacisk wynosi 5-­‐8 N, a dla średnicy 5 mm -­‐ 20-­‐26 N. Przy wahadłowym ruchu końcówki palnika powoduje się uplastycznienie termiczne końca pręta spawalniczego, który ugina się pod kątem prostym i wypełnia rowek. Prędkość przesuwania spoiwa wzdłuż rowka zależy od temperatury i grubości pręta.

Palniki wykorzystywane jako źródło ciepła w procesie spawania można podzielić na elektryczne oraz gazowe. W palnikach elektrycznych (Rys. 5.8.2./4.) źródłem ciepła jest grzejnik elektryczny o mocy 250-­‐500 W, natomiast w przypadku palników gazowych, źródłem ciepła jest gaz palny (np. wodór, gaz świetlny, mieszanina propan-­‐butan) spalany w obecności powietrza. Palniki elektryczne stosowane są częściej ze względu na lepszą wydajność, wygodę i bezpieczeństwo w stosunku do palników gazowych.

Palnik elektryczny Rys. 5.8.2/4. Palnik elektryczny: 1 – grzejnik elektryczny, 2 – rękojeść, 3 – doprowadzenie sprężonego gazu, 4 – doprowadzenie prądu elektrycznego, 5 – końcówka palnika z dyszą.

Urządzenie do spawania folii.Palnik do spawania tworzyw.

Spawanie Spawanie ręczne: 1 — palnik, 2 — pręt spawalniczy, 3 — płyty spawane

Spawanie Spawarka z palnikiem: l -­‐ rura prowadząca ciężarek, 2 -­‐ ciężarek przymocowany do pręta spawalniczego, 3 -­‐ pręt spawalniczy, 4 -­‐ łącznik pręta z ciężarkiem, 5 -­‐ koło jezdne, 6-­‐koło kierujące, 7-­‐palnik elektryczny, 8 — końcówka palnika, 9 -­‐ płyty spawane

Widok procesu spawania ręcznego złącza doczołowego płyt z tworzywa termoplastycznego, palnikiem wyposażonym w dyszę do szybkiego spawania, w strumieniu gorącego gazu.

Widok procesu spawania ręcznego z wałkiem dociskowym, złącza teowego grubych płyt z polipropylenu, palnikiem wyposażonym w dyszę do szybkiego spawania, w strumieniu gorącego gazu.