Svetsprocess för plast

Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om svetsprocessen för plast: A. Direkt utnyttjande av värmekällor B. Omvandling av energi till värme.

Svetsning av plast används i stor utsträckning inom ett antal industrier, särskilt för anslutning av termoplastfilmer och -plåtar. Alla svetsprocesser som används för närvarande innebär tillämpning av värme på kontaktområdet. Enligt värmekällan som används kan svetsprocessen för plast uppdelas i två breda klasser som visas i fig 22.15.

A. Direkt utnyttjande av värmekällor:

En klass av svetsprocesser utnyttjar värme från en extern källa, såsom en ström av het gas, ett hett extruderat fyllmedel eller ett hett verktyg. I alla dessa processer överförs värme till ytorna som svetsas genom ledning, konvektion och strålning.

Den andra gruppen innefattar processer där värme genereras inom arbetsstycket genom omvandling av någon annan form av energi, såsom högfrekvensström, ultraljudsvågor, friktion, infraröd ljus, kemiska reaktioner eller neutronbestrålning.

Mekanismen för svetsning av plast anses vara fenomenet auto-kohesion genom vilken svetsning åstadkommes genom diffusion av vissa molekylära kedjor från en bit till en annan för att bilda en stark makro-molekylär bindning mellan de två bitarna.

Svetsning av plast görs i det viskösa fluida tillståndet under applicering av tryck. Bättre svetsförmåga visas av termoplaster som har ett bredare mjukningsområde i stället för en skarp smältpunkt. Eftersom termisk expansionskoefficient av plast är flera gånger så hög som metaller kan resterande spänningar utvecklas i svetsningen vilket resulterar i minskad fogstyrka.

De faktorer som påverkar processvalet för svetsning av plast inkluderar arbetsstyckets tjocklek, fysikalisk-kemiska egenskaper hos plasten, utformningen av artikeln och antalet komponenter som ska produceras. Fyllningsmaterialet som används vid svetsplast ska vara så nära mekaniska egenskaper som möjligt för modermaterialet.

1. Varm gassvetsning:

I denna process spelas en stråle av het gas som kan vara luft, kväve, argon, förbränningsprodukter av någon bränslegas (till exempel acetylen, väte, LPG) på kanterna som skall förenas såsom visas i fig 22-16 . Bränslegas kan inte användas direkt för att svetsa plast eftersom flamman har en mycket hög temperatur.

Därför har speciella facklor utvecklats för varmgassvetsning av plast. Svetsgasen kan värmas med el eller flamma. Lufttemperaturen kan justeras genom att ändra dess flödeshastighet och motståndet hos det elektriska elementet.

Flödeshastigheten är inställd var som helst mellan 25 och 30 m / s med en ventil, och motståndet hos kretsen med en reostat. Lufttemperaturen kan kontrolleras genom att placera brännarens spets inom 5 mm av en kvicksilvertermometer. Om termometern läser den önskade temperaturen i 10 till 15 sekunder kan operatören fortsätta med svetsning.

För operatörssäkerhet arbetar elektriskt uppvärmda brännare med spänning som inte överstiger 36 volt. Effektiviteten hos elektriskt uppvärmda facklor är 60 procent. Sådana facklor är enkla att göra och det finns ingen öppen flamma, därför kan de användas i rum med brännbara material. Dessa facklor är dock tunga och därmed ganska obetydliga för användning på platser som är svåra för åtkomst eller i besvärliga positioner.

Gasfacklor kan antingen vara direkt eller indirekt uppvärmda. I direktuppvärmda gasbrännare blandas svetsgasen med förbränningsprodukterna av bränslegas medan i indirekt uppvärmda gasbrännare överför förbränningsprodukterna deras värme till svetsgasen genom väggen. Bränslegasen (C2H2, H2LPG, etc.) används under ett tryck av 0, 5 till 10 N / cm2.

I jämförelse med elektriskt uppvärmda facklor kan gasfacklorna svetsas med högre hastighet, är lättare och mer hållbara. Vid användning åtta timmar om dagen är en gasbrännars livslängd 1, 5 till 2 år. En stor nackdel med gasbrännare är att de använda gaserna är brandfarliga och explosiva.

Gemensam design:

Vanligtvis är skottleder föredragna eftersom skötsel-, te- och filettskar är svårare att göra. Beroende på arbetstjockleken används kvadratkants-, enkelsjuts- och dubbelväggskompositioner för skottledningsberedning såsom visas i fig 22.16. Standardkanten för stötsvetsar kräver en rotsavstånd men inget rotansikte.

Dubbelfjäder är vanligtvis starkare än enkla fjäderfogar och spårvinkeln har en avgörande effekt på fogstyrkan. I allmänhet ökar den gemensamma styrkan när spårvinkeln ökar, eftersom bättre penetration erhålls vid roten; men produktionshastigheten sänks.

Svetsprocedur:

Fusionsytorna rengörs noggrant och smutsas, -sås med aceton; De glansiga fläckarna avlägsnas med smörjpapper eller skrapa. Innan svetsbrännaren slås på eller avfyras sätts svetsgasen och justeras flödeshastigheten. Gasen avfyras då i händelse av en gasbrännare eller elström slås på för en elektrisk fackla.

Fyllnadsstängerna används i diametrar av 2, 3, 4, ± 0, 5 mm och andra former som triangulär och trapzoidal av olika storlekar. Fyllstängerna är tillverkade av samma material som arbetsmaterialet, men kan ha olika färg och innehåller vanligtvis en högre procent av mjukgörare för att sänka ner mjukningspunkten.

Fyllstängerna kan antingen skäras i längder på minst 0, 5 m och binds i buntar eller uncut och levereras i spolar med 3 till 4 kg. Storleken på fyllstången är vald för att passa arbetets tjocklek, typ av kantförberedelse och önskad hållfasthet. Tjockare stavar resulterar vanligtvis i minskad styrka.

Brännviddspetsstorleken är vald beroende på arbetets tjocklek och kantförberedelse. Tips med en öppningsdiameter på 1-5 - 2 mm används för att svetsa ark 3-5 mm tjockt medan spetsar med en diameter på 3-5 - 4 mm används för ark som är 16 till 20 mm tjocka. Som regel bör spetsdiametern hos ett spets vara lika med diametern hos den fyllnadsstång som används. I annat fall kommer inte stången att värmas upp tillräckligt och styrkan i foget kommer att försämras.

Brännvinkel-till-vinkeln väljas i förhållande till materialets tjocklek. För plåt under 5 mm bör denna vinkel företrädesvis vara 20 ° -25 ° och för plåt i intervallet 10-20 mm ska den vara 30 ° - 45 °. Brännviddens spets-till-arbetsavstånd bör hållas konstant mellan 5-8 mm. För att skapa en bra förbindelse mellan fyllmedlet och arbetet ska staven uppvärmas och smälta vid svetsstart så att dess ände sträcker sig 3-5 mm utöver arbetsänden.

Den heta gasflödet får inte riktas i något läge, utan i stället flyttas den kontinuerligt över en kort längd av svetsstången och ytan svetsas för att värma både jämnt. Fogkanterna och fyllstången upphettas snabbt vid ytan eftersom plasten är dåliga ledare av värme.

Det är dock viktigt att värma staven i hela sin massa så att den kan mjukas ordentligt i mitten och placeras ordentligt i spåret. Därför kan tjockare stavar inte användas och svetsning är långsam genom varmgasprocess, särskilt med fyllnadsstångsteknik. Om trycket inte appliceras ordentligt komprimeras den mjuka staven i motsatt riktning mot sin rörelse vilket ger vågor i den.

Fyllstången bör matas kvadratiskt till svetsen för att utöva korrekt kontroll av tryck. När fyllstången tvingas ner för hand svetsar den till de mjukade kanterna och bildar en svets, som visas i figur 22.17.

Varmgassvetsning utan fyllstång accelererar processen och förbättrar de mekaniska egenskaperna hos leden. En enkel inställning för denna teknik visas, är figur 22.18 (c). I denna metod skärs arkkanterna och monteras innan de värms jämnt med varm gas.

Den heta gasstrålen följs av kallvalsar som utövar det erforderliga trycket för att slutföra svetsen. Svetshastigheten med denna teknik kan vara 12 till 20 m per timme, beroende på arktjockleken. Fogens styrka är 80 till 90 procent av föräldermaterialet och slaghållfastheten är densamma. Varmgassvetsning utan fyllnadsmaterial appliceras oftast för att göra skarvar i filmer.

För kritiska fogar är det bättre att täta svetsroten för att förbättra fogstyrkan och kvaliteten.

Efter svetsning får leddet svalna. Konstgjord kylning, särskilt i material som är tjockare än 10 mm, kan leda till sprickbildning.

Styrkan hos stötsvetsar i plast är 65% av föräldermaterialet i skjuvning, 75% i spänning, 85% i kompression och 65% vid böjning medan den hos filettsvets är 65% i spänning. Svetsmaterialets slaghållfasthet är vanligtvis mycket låg.

Bortsett från låg styrka hos den gemensamma heta gassvetsningen resulterar också i minskad plasticitet i svets- och närsvetsområdet, låg produktionshastighet speciellt i tjocka ark, risk för överhettning och beroende av användarens skicklighet. Trots dessa begränsningar används varmgassvetsning i stor utsträckning för svetsning av PVC, polyeten, akryl och polyamid.

För svetsning av PVC används oftast varmgassvetsning. PVC har ingen skarp smältpunkt. Vid en temperatur över 80 ° C mjukas det. Vid 180 ° C börjar det strömma och vid 200-220 ° C passerar det i visköst fluidumtillstånd; Om trycket appliceras så kommer det att svetsas. Svetsningstemperaturen måste hållas under den kritiska punkten vid vilken materialet börjar sönderfalla.

För att uppnå en optimal temperatur på 200-220 ° C för varm luft i svetszonen ska den värmas upp till 230-270 ° C i brännaren. Effekten av lufttemperaturen på svetshastighet och styrka presenteras i tabell 22.5.

Om en korrekt svetsningstemperatur har valts visas en matt punkt på PVC-arket 2 eller 3 sekunder efter det att varmluftstrålen har spelats på den.

Svetskvaliteten i PVC beror på den hastighet vid vilken fyllstången matas in i fogen, vinkeln vid vilken den matas in i fogen, kraften som appliceras för att trycka upp den uppvärmda staven i fogen, avståndet från fackets spets från arbetsyta, läget och riktningen av facklan under svetsning. En fyllstång 3 mm i diameter bör matas till fogen med en hastighet av 12 till 15 m per timme.

Svetsar gjorda i PVC med hjälp av varmgasstoppteknik visar en låg slaghållfasthet. PVC är känslig för spänningskoncentrationen i en sådan utsträckning att även om en stav är svetsad i ett rör är slangens slaghållfasthet bara ungefär 10% av förankringsstyrkan hos modermaterialet.

Svetsningen av PVC genom varmgassvetsning är en långsam process. Till exempel för att svetsa en meter PVC, 18-20 mm tjock, med V-kantförberedelse är det nödvändigt att lägga 30 till 35 stavar, 3 mm i diameter, vilket kräver cirka 2 timmar för att uppnå jobbet. Svetshastigheten kan ökas genom att öka gastemperaturen till 300 ° C och genom förvärmning av fyllstången, men detta kräver noggrann övervakning av processen annars kan högre temperatur leda till sönderdelning av materialet.

Akrylmaterial svetsas med en luftstråle av 200-220 ° C. Tiden som tas för svetsning av akrylplåt är nästan dubbelt som krävs för PVC-plåt av samma tjocklek, och svetshastigheten är därför nästan halverad. De använda fyllnadsstavarna är skurna av akrylplåt och har en tvärsnittsarea av 7-12 mm 2 . Akrylmaterial kan även svetsas tillfredsställande med hjälp av PVC-fyllnadsstänger. För att uppnå kvalitetssvetsar i akryl är det bäst att avfetta ytorna som ska svetsas med aceton eller diklormetan före svetsning. Draghållfastheten hos svetsade leder i akryl är i allmänhet 3P - 45% av föräldermaterialet.

Polyeten bör helst svetsas med N2- eller CO2-gas uppvärmd till 200-220 ° C, även om gasflamfacklor också kan användas.

Varmgassvetsning används också ofta för att svetsa vynilplaster, polystyren och några andra plastmaterial.

Den stora användningen av varmgassvetsning är vid tillverkning av mycket stora tillverkningar gjorda av plåtmaterial, till exempel rörledningar, rörarbete och fläktar för kemiska anläggningsinstallationer. Denna metod används normalt inte för att ansluta små delar.

2. Extruderad fyllnadssvetsning :

Vid denna metod matas fyllmedlet i ett visköst fluidiskt tillstånd in i fogen. Det heta fyllnadsmaterialet smälter ihop plastens kanter förenas och en stark bindning bildas mellan fyllmedlet och modermaterialet. På så sätt liknar denna process den heta gasprocessen med fyllnadsstångsteknik. Tillfredsställande svetsar kan åstadkommas genom denna process både i filmer och tunga mätark.

3. Hot Tool Welding :

Denna process kan utföras med flera tekniker beroende på vilken typ av verktyg som används, vilket kan innefatta hett blad, varm kil, varmplatta, remsvärmare eller en press.

Vid varm bladsvetsning placeras det uppvärmda bladet mellan ytorna som ska fogas som visas i figur 22.18 (a). Efter det heta bladet har mjukat ytorna tas det snabbt tillbaka och ytorna bringas i kontakt under tryck för att uppnå svetsen. Denna process kan användas för att göra stöt och skarvar i hela kontaktytan samtidigt.

Vid varm kilsvetsning som visas i figur 22.18 (b) är den uppvärmda kilen placerad mellan de ytor som ska förenas och rör sig längs svetslinjen när kanterna mjukas. Tryck appliceras genom en vals till toppremsan för att svetsa den på bottenplattan.

Denna process används för att svetsa elastiska material, men kan också användas för att svetsa tunna styva ark eller band upp till 5 mm till tjockare ark. Försiktighetsåtgärder behövs emellertid i denna process för att undvika att arbetsmaterialet sitter fast i den heta kilen. Bäst av allt detta förfarande kan användas för svetsfilmer genom att använda tryckvalsar anordnade över och underfilmerna förenas som visas i figur 22.18 (c).

Bortsett från heta kilmetoder kan även filmer svetsas med varmplatta, hetremsor och termiska impulsmetoder.

Vid varmplåtsvetsning flyttas motståndsuppvärmd platta över filmerna för att vara varvsvetsade. När önskad svetsningstemperatur uppnås, trycks tryck för att åstadkomma svetsen. De filmer som ska svetsas läggs ut på en arbetsplatta som visas i figur 22.18 (d).

Vid varmbandssvetsning förflyttas remsvärmaren, uppvärmd av ett elektriskt element, av rullar och pressas samtidigt av trycket P mot filmerna som är lapsvetsade vilka läggs ut på en arbetsplatta såsom visas i fig 22A 18 (e). Filmerna kan avanceras under tryckvalsarna genom att antingen svetshuvudet eller arbetsplattan flyttas.

Vid värmepulsprocessen höjs materialet (filmer) till svetsningstemperaturen nästan omedelbart då en stark strömpuls passerar genom en elvärmare. Värmaren kan vara av punkt, remsa eller till och med en udda formad typ. Eftersom värmen kan mätas noggrant undviks överhettning vid fogen.

Vid presssvetsning överförs värme till området som svetsas av svetspressens hetplatta. Plastbitarna med sina kanter scarfed är fastklämda mellan de motståndsuppvärmda pressplattorna som visas i fig 22.18 (f). Efter att arbetsstyckena har ökats till svetsningstemperaturen hålls de under det erforderliga trycket då plattorna kyls av vattnet som cirkuleras genom kanalerna.

Pressar gör vanligen stumsvetsar. Ett typiskt plastsvetspress för stötfogar utvecklar relativt högt tryck, värmer arbetet lokalt och komprimerar den mjukade zonen från alla håll. Därför kallas denna teknik även som statisk jigsvetsning. Denna teknik kan stöta svetsark, barer, remsor och plattor.

Stress kan utvecklas vid svetsning av plast, speciellt om arken som ska svetsas är stora i tjocklek. För att lindra dessa påkänningar är det en bra metod att härda de svetsade artiklarna från en temperatur 25 till 30 ° C under materialets mjukningspunkt.

Hot verktygsvetsning ger starka svetsar med hög produktionshastighet. Denna process är tillämpbar på plast som inte kan förenas med induktionssvetsning med hög frekvens, t ex PTFE (polytetrafluoretylen), polyeten och polystyren. Butt, filet och T-leder kan framställas med denna process. Akrylar förenade med hett verktygsvetsning behåller transparensen och klarheten vid och runt leddet kan den också användas för svetsfilmer för sömmar av betydande längd. När stora mängder svetsar krävs, kan det smidiga metoden för hett verktyg enkelt mekaniseras

B. Omvandling av energi till värme:

1. Högfrekvensinduktionssvetsning:

Vid HF induktionssvetsning placeras arbetsstycket i ett högfrekvensfält som ställs upp mellan två metallelektroder, som visas för rullsömsvetsning i figur 22.18 (c). Endast de plast som är ofullständiga dielektriska kan svetsas av denna process.

De få fria elektronerna som finns i sådan plast ger upphov till ledningsström när materialet placeras i HF-fältet. Arbetet med att förskjuta de laddade partiklarna omvandlas till värme. En del värme genereras också när fältet växlar. För att öka mängden värme genererad användning är gjord av mycket högfrekvent ström i intervallet 30 till 40 MHz eller ännu högre. I allmänhet används inget fyllmedel. Eftersom all värme genereras direkt i arbetsstyckets kropp som svetsas är svetshastigheten hög och elektroderna inte överhettas.

HF-induktionsprocessen används för att göra punkt-, statisk-jig- och bluffsvetsar; dock rumpa, filé och tefogar är svåra att göra. Svetsarna som produceras är täta och starka. Processen kan enkelt automatiseras för att svetsa filmer, lakan och rören. Lapsvetsar med sömssvetsmaskiner kan utföras med hastigheter upp till 27 till 65 m / h.

Bland fördelarna med högfrekvenssvetsning är hög produktionshastighet, ekonomi och tillfredsställande leder. Det kan svetsa material upp till 5 mm tjockt. Material med låg dielektrisk dissipationsfaktor som PTFE, polyeten och polystyren är emellertid inte möjliga att svetsa genom HF induktionssvetsning.

Men polyeten kan svetsas genom denna process genom att placera en remsa av PVC i fogen. PVC är ett ofullständigt dielektriskt värmes upp under verkan av HF ström och överför värmen till polyeten för att åstadkomma svetsen.

2. Friktionssvetsning:

Plast är friktionssvetsat på samma sätt som metaller, men normal inställning består av roterande ett stycke och håller den andra stationärt, vilket visas i figur 22.19, men stora bitar kan svetsas genom att hålla dem stationära och rotera en kort insats mellan dem. Svetskvaliteten beror på rotationshastigheten, den axiella kraften som appliceras och mängden plastisk deformation som är inblandad.

Eftersom värmen genereras vid gränssnittet påverkas inte egenskaperna hos det angränsande materialet och fogen har goda mekaniska egenskaper. På grund av värme som produceras direkt på ytorna som förenas har denna process fördelen med hög svetshastighet, anpassningsförmåga till automatisk styrning och användbarhet under fältförhållanden. Processen kan dock endast användas om en av komponenterna är cylindrisk så att den kan roteras. Även blixten bildas vid det gemensamma organet, inte bara materialets slöseri utan även extrakostnaden vid bearbetning för att ta bort den.

Friktionssvetsning av PVC-rör och rör är välutvecklad. Före svetsning dimensioneras rörens ändar genom uppvärmning av rörändarna i olja till 100 ° C under 3 till 4 minuter och därefter klämning av rören i mätare i 3 minuter följt av vattenkylning till rumstemperatur. Svetsningen åstadkommes genom att rotera ett av rören i en chuck.

Rotationshastigheten beror på rördiametern, till exempel röret med 50 mm diameter roteras vid 800 rpm medan 80 mm diameter rör roteras vid 600 rpm och spinntiden är 1 ± 0, 5 minuter. Efter att den önskade viskösa vätsketemperaturen har nått 140-160 ° C uppnås rotationen stoppas och ett tryck av 20 till 40 N / cm2 appliceras tills svetsen kyles till rumstemperatur på ca 7 till 10 minuter.

Friktionssvetsar i PVC jämför i kvalitet med modermaterialet. Typisk styrka på liknande material är ca 90% av föräldermaterialet.

3. Ultraljudsvetsning:

För ultraljudsvetsning av plast har svetsmaskinen samma egenskaper som för metaller. Huvudelementet i svetsmaskinen är en omvandlare, som omvandlar HF-energin som matas av ultraljudoscillatorn till vibrationer. Vibrationerna appliceras på arbetet genom en sonotrode som sätts upp på ett mothåll som visas i figur 22.20.

De mekaniska vibrationer som appliceras på arbetet medför att värme genereras i plastmaterialet. Tryck appliceras på det mjuka materialet för att slutföra fogen. Svetsning sker samtidigt som HF-spänningen appliceras på omvandlarspolen. Den använda frekvensen är upp till ca 20 kHz.

De tydliga egenskaperna hos ultraljudsvetsning inkluderar:

(i) dess förmåga att fälla från en sida, det vill säga ingen andra elektrod krävs, sålunda kan den andra delen vara obegränsad tjocklek såsom visas i fig 22.21 (a),

(ii) Den ultraljudiska energin kan appliceras på konstabel avstånd från svetsningen som gjorts såsom visas i fig 22.21 (b),

(iii) På grund av lokalisering av värme sker ingen överhettning av bulkmaterialet,

(iv) Koncentration av värme på önskad plats hjälper till vid högre svetshastighet,

(v) Ytföroreningar som fett, grafit, elektrolyter har ingen märkbar effekt på svetskvaliteten,

(vi) Ingen störning i radiomottagning,

(vii) Ingen spänning måste appliceras på svetsverktyget,

(viii) Ett stort antal termoplaster och ett stort tjocktycke kan svetsas genom ultraljudssvetsning, och

(ix) Användarvänlighet och automatisering.

Specifikt användningsområde för ultraljudsvetsning är spot- och jigsvetsning av filmer och ark av medelstor och stor tjocklek vid tätning av kartonger där sömmen kan vara förorenad med fett och i förpackningen av olika konserver innehållande strömledande vätskor.

Hårdplast som polykarbonat med låg elasticitetsmodul och låg smältpunkt svarar bäst vid ultraljudssvetsning. Det är också möjligt att svetsa acetal, nylon, polypropen, polyeten med hög densitet, akryl, PVC, polystyren och syntetiska textilier genom ultraljudsvetsning. Lap och tee fläckar är bäst av allt. Tillfredsställande fogar kan också göras med statisk jig teknik, som visas i figur 22.22. Ingen kantförberedelse eller fyllnadsmetall krävs för något av dessa leder. Olika plaster kan också svetsas med ultraljudsvetsning.

4. Infraröd strålning (IR) Svetsning:

I denna process svetsar värme som levereras av en infraröd ljuskälla, såsom sylitglöd, ett kromstålresistanselement, en kvartstavslampa etc. För att påskynda processen utförs svetsning på en svart bakplatta från en skummad plast, svampgummi eller tjock gummerat tyg. Svetstrycket levereras av säkerhetsplattornas motståndskraft som hålls fast mot arbetsstycket.

Polyetenfilm kan förenas tillfredsställande genom IR-svetsning. Arbetstjocklek som kan svetsas beror på IR-källans effekt. Till exempel kan en sylitglöd med en temperatur av 1200 ° C hållas på ett avstånd av 12 till 14 mm från arbetsstycket med svampgummiunderlag, svetsa maximal tjocklek på upp till 2 mm. Varje plastfilm som kan passera in i viskös vätskeform och kräver lågt svetstryck kan svetsas genom IR-svetsning. Svetsarna som framställs genom denna process är vanligtvis fria från underklyvningar och har hög fogstyrka. Infrarött ljus kan också svetsa ark som staplas upp i en hög.

5. Kärnsvetsning:

I denna process bestrålas de arbetsstycken som ska svetsas bestrålas med en ström av neutroner. De ytor som ska svetsas ges en beläggning med litium eller borförening före svetsning. När en sådan belagd yta bombarderas av neutroner, sker kärnreaktion vilket resulterar i värmeproduktion. Den sålunda producerade värmen ökar ytorna till det viskösa vätskeformiga tillståndet och därför kan de svetsas. Denna process kan användas för att svetsa PTFE till polyeten, polystyren, kvarts och aluminium.

Kärnsvetsning har en begränsning genom att den inte kan appliceras på material som blir starkt radioaktiva när de bestrålas med neutroner.