Techniki ł! czenia tworzyw sztucznych spawanie

Transkrypt

1 Instytut In ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych Techniki ł! czenia tworzyw sztucznych spawanie 1. Cel " wiczenia Celem # wiczenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz cymi metod ł czenia tworzyw sztucznych, a tak$ e wykonanie poł czenia próbek wybranymi metodami. 2. Okre% lenie podstawowych zagadnie& oraz opis metod ł' czenia. Tworzywa sztuczne mo$ emy ł czy# poprzez klejenie, poł czenia mechaniczne (nity, gwinty, zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo$ na dodatkowo ł czy# technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody ł czenia zale$ y od postaci ł czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak$ e od budowy chemicznej i wła( ciwo( ci fizycznych ł czonych materiałów Spawanie tworzyw sztucznych Techniki spawania maj zastosowanie w przypadku ł czenia elementów z tworzyw termoplastycznych, gdzie konieczne jest wykonywanie trwałych poł cze) z du$* wydajno( ci i mo$ liwie wysok jako( ci. Ł czenie technik spawania umo$ liwia uzyskanie wyrobów finalnych o zało$ onych parametrach u$ 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 ł+ czonych powierzchni i materiału ł+ cz+ cego (spoiwa), w celu uplastyczniania ich i docisku spoiwa do ł+ czonych powierzchni. Podczas spawania, miedzy uplastycznionym materiałem ł czonym i spoin, zachodzi dyfuzja makrocz steczek i po ochłodzeniu powstaje trwałe zł cze kohezyjne. Warunkami dobrej dyfuzji jest odpowiednia ruchliwo(,# dyfunduj cych ła) cuchów, dlatego materiał ł czony i spoiwo powinny mie# podobn temperatur- mi- knienia (topnienia), a tak$ e podobn budow- chemiczn [6]. Wi- kszo(,# tworzyw termoplastycznych jest ze sob niemieszalna termodynamicznie, w zwi zku z tym spoiwo musi by# z tego samego polimeru co materiał ł czony. Wyj tkiem jest np. polimetakrylan metylu (PMM), który mo$ na spawa# zmi- kczonym (suspensyjnym-przezroczystym) polichlorkiem winylu (PVC). Umo$ liwia to uzyskanie wi- kszej wytrzymało( ci poł czenia ni$ przy stosowaniu pr- tów z PMM. Tworzywa termoplastyczne wykazuj ce w stanie uplastycznionym takie cechy jak: podatno(,# na destrukcje termooksydacjn, skłonno(,# do degradacji termicznej, du$ y wska. nik szybko( ci płyni- cia Techniki ł czenia tworzyw sztucznych spawanie 1

2 / :;5;452< =89 Instytut In> ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych (MFR), s? materiałami, których ł? czenie technikami spawania wi?@ e sib z dodatkowymi trudnoc ciami lub czb sto jest praktycznie niewykonalne. W technikach spawania, nagrzewanie odbywa sib w strumieniu gor? cego gazu najczb C ciej powietrza, lub w przypadku tworzyw wra@ liwych na termooksydacjb (utleniania pod wpływem podwy@ szonej temperatury) - azotu, argonu, etc [3]. WytrzymałoD E mechanicznf wzglg dnf spoiny okrec la sib stosunkiem wytrzymałoc ci na rozci? ganie spoiny do wytrzymałoc ci materiału pierwotnego (nie spojonego). WytrzymałoC ci wzglb dne spoin wahaj? sib w granicach 50%-90% w zale@ noc ci od materiału i techniki spawania. Spoiny wykonywane przez automaty maj? wib ksz? wytrzymałoc,h ni@ spoiny wykonane rb cznie. W technikach spawania tworzyw sztucznych stosuje sib dwa rodzaje spoin: czołowe (spoiwo wprowadza sib mib dzy powierzchnia styku elementów) (rys. 2. a,b,d,e) i pachwinowe (spoiwo wprowadza sib obok styku elementów) (rys. 2. c). Mo@ liwe jest te@ wykonywanie spoin mieszanych czołowo-pachwinowych. Rys. 2. Przykładowe rodzaje spoin a) spoina V, b) spoina X, c) spoina pachwinowa pojedyncza, d) spoina ½ V, e) spoina K Do wykonywania poł? czei spawanych termoplastów stosuje sib najczb C ciej dwie techniki: spawanie drutem (ang. welding wire) nazywane równie@ spawanie prb tem i spawanie ekstruzyjne (ang. extrusion welding) zwane te@ spawaniem wytłocznym Spawanie drutem-prg tem Drutem-prB tem nazywamy postah materiału ł? cz? cego wykonanego najczb C ciej z tego samego tworzywa co ł? czone elementy, o przekroju okr? głym lub trójk? tnym i wymiarach poprzecznych od 3 do 7 mm. Podczas spawania drutem powierzchnie ł? czone i materiałspoiwa w postaci drutu lub prb ta uplastyczniane s? gor? cym gazem, nastb pnie rb cznie lub stopk? dyszy spawalniczej układana jest spoina (rys. 3 i rys. 4). by t? technik? poł? czyh grubsze elementy, niezbb dne jest uło@ enie wib kszej liczby C ciegów. Techniki ł? czenia tworzyw sztucznych spawanie 2

3 J K L M NOPQRMST UVPVOPMW XST Instytut InY ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych e a b - c d Rys. 3. Schemat spawania drutem w strumieniu gor[ cego powietrza. a drut spawalniczy, b gor[ ce powietrze, c spoina, d zukosowany ł[ czony materiał, e dysza spawalnicza Rys. 4. Spawanie płyt z PP drutem profilowym z zastosowaniem dyszy spawalniczej. W przypadku braku dyszy spawalniczej mo\ liwe jest spawanie wahadłowe (UrzZ 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 łz czenia tworzyw sztucznych spawanie 3

4 ] ^ _ ` abcde`fg hicibc`j kfg Instytut Inl ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych Rys. 5. Spawanie wahadłowe prn tem z tworzywa w strumieniu goro cego gazu (najcznqp ciej powietrza): 1 materiały ło czone, 2 prn t-drut z tego samego tworzywa co materiały ło czone, 3 kor cówka spawarkidmuchawy goro cego gazu, 4 lico wykonanej spoiny, 5 nadlew-wypływka, 6 ukosowany pod ko tem 60 O materiał spoina doczołowa V, 7 kierunek wykonywanego ruchu wahadłowego, 8 goro cy gaz, 9 nacisk na prn t spawalniczy (ok. 1 2 kg) Rys. 6. Zobrazowanie prawidłowego nadlewu-wypływki przy wahadłowym 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,u spawania i nacisk, tak aby powstałwłat ciwy nadlew-wypływka, który jest gwarancjm dobrego spawu. Zarówno materiałłm czony jak i drut spawalniczy muszm byu w takim samym stopniu uplastycznione, gdyv w przeciwnym wypadku nie nastm pi dyfuzja i spoina bs dzie wadliwa. Nalev y podkret liu, v e temperatura którm bs dzie miało tworzywo podczas spawania zalev y jednoczet nie od temperatury gazu oraz prs dkot ci spawania, czyli czasu jaki bs dzie gorm cy gaz oddziaływałz 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 materiału łm czonego. Nalev y zwróciu uwags, v e do wykonania spoiny X potrzeba mniej materiału niv do wykonania analogicznej spoiny V. Techniki łm czenia tworzyw sztucznych spawanie 4

5 w x y z { }~z ƒ}ƒ }z Instytut In ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych Rys. 7. Zaleˆ no Š ilo ci warstw spoiwa od grubo ci (mm) spawanych elementów Spawanie ekstruzyjne W spawaniu ekstruzyjnym (wytłocznym) uplastycznione spoiwo jest wytłaczane z wytłaczarki i specjaln głowic tzw. butem spawalniczym jest formowana spoina miedzy uplastycznionymi gor cym gazem powierzchniami ł czonymi (rys. 8). T metod moœ emy jednym przej ciem wykonywaž spoiny o duœ ej grubo ci. Spawanie ekstruzyjne jest bardziej wydajne niœ spawanie drutem. f g a b - c e d Rys. 8. Schemat spawania ekstruzyjnego. a stopione tworzywo z ekstrudera, b gor ce powietrze, c spoina, d ukosowany ł czony materiał, e but spawalniczy z PTFE, f podstawa buta, g dysza ekstrudera. Techniki ł czenia tworzyw sztucznych spawanie 5

6 š œ Instytut Inž ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych Rys. 9. Spawanie doczołowe płyt z PEHD spawark ekstuzyjn Wybór metody łÿ czenia zale y od postaci łÿ czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak e od budowy chemicznej i wła ciwo ci fizycznych łÿ czonych materiałów. 3. Sposób wykonania wiczenia Instrukcja obsługi urzÿ dze wraz z danymi technicznymi oraz uwagami dotyczÿ cymi BHP powinna znajdowa si na stanowisku. Obsługiwanie urzÿ dze do spawania i zgrzewania jest dozwolone tylko w obecno ci prowadzÿ cego wiczenie po uprzednim zapoznaniu si z instrukcjÿ lub przeszkoleniu. Nale y ci le stosowa si do polece prowadzÿ cego wiczenie. Nale y zachowa szczególnÿ ostro no,, gdy w przeciwnym wypadku istnieje gro ba poparzenia Spawanie tworzyw sztucznych Na wiczeniach przewidziane jest przeprowadzenie spawania drutem bez oraz z dyszÿ szybkiego spawania a tak e spawanie ekstruzyjne. W/w metodami wykonane zostanÿ złÿ cza doczołowe płyt z PE i PP ukosowanych na V lub X w zale no ci od grubo ci płyt. Wykonane złÿ cza prowadzÿ cy wiczenie poprzecina w próbki do bada wytrzymało ci wzgl dnej spoin a nast pnie zostanÿ przeprowadzone próby wytrzymało ciowe. 4. Literatura 1. Schreder W.: Tworzywa sztuczne. Przeróbka i spawanie. Wydawnictwo Naukowo Techniczne. Warszawa Klimpel.,: Spawanie i zgrzewanie tworzyw termoplastycznych. Wydawnictwo Politechniki lÿ skiej, Gliwice Wytyczne Urz du Dozoru Technicznego SPWCZE I ZGRZEWCZE TERMOPLSTYCZNYCH TWORZYW SZTUCZNYCH, WDT-ST-1/00, Warszawa 2000 Techniki łÿ czenia tworzyw sztucznych spawanie 6

7 ª «± ²³ µ µ ²³ Instytut In ynierii Materiałowej Zakład Tworzyw Polimerowych 4. K. Kwiatkowski, Z. Rosłaniec Badanie poł¹ czeº spawanych elastomerów poli(eterowoestrowych). Cz. I. Wpływ zawarto» ci segmentów gi¼ tkich na morfologi¼ i wła» ciwo» ci mechaniczne, POLIMERY 2004,49, Spawanie termoplastycznych tworzyw sztucznych przy u½ yciu spawarek r¼ cznych. Materiały reklamowe firmy LEISTER, prospekt 21/PL, Kagiswil, Szwajcaria Techniki ł¹ czenia tworzyw sztucznych spawanie 7