Vytlačovací svařování - Extrusion welding

Vytlačovací svařování je jedním z používaných procesů svar termoplasty a kompozity, vyvinutý v 60. letech jako vývoj svařování horkým plynem. Může to být manuální nebo automatizovaný proces.[1][2]

Tento proces používá svařovací hlavu, která má trysku pro horký vzduch a extruder, který vytlačuje výplňový materiál ven. Tento proces zahrnuje zahřátí spojovacích (faying) povrchů pomocí tepla a přidání roztaveného nebo plastifikovaného plniva (extrudátu) vytlačovaného přes zemřít (bota). Extrudát se aplikuje tlakem, aby se zajistilo dobré spojení, a poté se část nechá vychladnout.

Svařovací kroky

Kroky tohoto procesu svařování jsou podobné ostatním svařování plastů procesy a zahrnují:[1][3]

  • Příprava povrchu základního materiálu - opracování požadované drážky podle návrhu spoje a vyčištění fayingové povrchy škrábáním. Tím se odstraní nečistoty a oxidy ze spojovacích povrchů, které by potenciálně mohly kontaminovat hotový svar.
  • Upevnění svarového spoje - přichycení svařování komponentů základního materiálu (pomocí svařování horkým plynem) nebo pomocí upínacího systému
  • Svařování - přidání extrudátu při vyvíjení tlaku
  • Dokončení konečného vzhledu svaru - Odstranění blesku škrabkou, aby nedocházelo k napěťovým zářezům. Tento krok může nebo nemusí být nutný.
  • Chlazení - nechejte díl vychladnout, aby byl připraven k použití

Při prvním spuštění svaru je nutné předehřát. Toho se obvykle dosahuje použitím horkovzdušné trysky na svařovací pistoli a větráním počáteční oblasti. Jakmile je zahájeno svařování, správná rychlost pojezdu a úhel děla zajistí, že nastávající fayingová plocha byla dostatečně předehřátá.

Plnivovým materiálem je polymer, který se dodává ve formě cívek nebo v peletách.

Konfigurace kloubu

Většina svarové spoje jsou navrženy jako jednoprůchodové, ale desky nad tloušťku 30 mm budou vyžadovat více průchodů. Protože většina průchodů je navržena tak, aby se prováděla v jednom průchodu, protlačování svařování obvykle trvá kratší dobu ve srovnání s jinými procesy svařování plastů, zejména s jeho předchůdcem, svařováním horkým plynem.[1]

Společný design zahrnuje:

  • Tupé klouby
    • Single-V
    • Double-V
  • T-klouby
  • Překrývající se spoje

Tupé spoje budou jedno- nebo dvojité V s drážkou 45-90° a 0-2 mm kořenová mezera. Pokud svařujete drážku s dvojitým V, svařování bude nutné provést minimálně ve dvou průchodech.

T-spoje budou mít obvykle jeden úkos 45-60° a 0-2 mm kořenová mezera.[1]

Dosahovatelné jsou také spoje TYK pro potrubí a koutové svary.

Aplikace

Extruzní svařování je atraktivní proces pro aplikace, které využívají své schopnosti rychle svařovat silné profily. Pro některé aplikace, zejména tam, kde existují velké geometrické díly, kde se používají tradiční metody svařování plastů (např svařování horkou deskou ) není možné, extruzní svařování je jedinou proveditelnou možností a efektem nákladů. Běžnými aplikacemi jsou zejména nádrže na kapalný odpad, korozivní materiály, zásobování vodou. Dokud je dosaženo těsnícího spojení, lze extruzní svařování použít také pro hydroizolační aplikace.[2][4][5]

Materiály

Extruzní svařování zaznamenalo největší úspěch při svařování různých typů polyolefiny.[2][4]

Běžné materiály svařované tímto procesem jsou:

Zařízení

I když existují různé formy zařízení pro extruzní svařování, existují tři hlavní komponenty, které každé nastavení extruzního svařování obsahuje:[1][2][6]

Extruder

Extrudér je součástí instalace, která ve skutečnosti přivádí extrudát systémem. Nastavení extruderu závisí na tom, zda je extrudát ve formě pelet nebo ve formě cívky. Pokud se používají navinuté prameny, je cívka vedena trubkou do svařovací hlavy a poté vystupuje přes botu. Pokud se k extrudátu použijí pelety, dávkují se pelety do násypky, poté je zahřátý spirálový extrudér tlačí skrz svařovací hlavu a skrz botu jako roztavený výplňový materiál. Pelety lze použít pouze při svařování v ploché nebo vodorovné poloze.

Zdroj sálavého tepla

U většiny aplikací bude zdrojem sálavého tepla horký vzduch. Vzduch se ohřívá a fouká tryskou, která je součástí nastavení svařovací hlavy. K dispozici jsou různé geometrie trysek a svářeč může vybrat určitou trysku v závislosti na konfiguraci spoje. I když existuje tryska pro všeobecné použití, určité trysky zajišťují důkladnější nebo cílenější ohřev daného typu spoje. Ačkoli se jako prostředek k předehřívání obvykle používá horký vzduch, halogenové žárovky se někdy používají jako prostředek k předehřívání fayingové plochy.[1]

Svařovací bota

Svařovací bota je matrice na konci přívodu, kterým je vytlačován výplňový materiál. Bota je obvykle vyrobena z polytetrafluorethylen (PTFE) kvůli nepřilnavým vlastnostem PTFE. Svařovací boty přicházejí v různých tvarech a velikostech v závislosti na svařovaném designu spoje. Svařovací botka bude mít také vodicí vsuvky, které zabraňují toku roztaveného extrudátu v nežádoucím směru.

Parametry svařování

Existuje několik hlavních parametrů svařování a každý z nich má jiný vliv na proces svařování. Některé jsou závislé na svářeči, zatímco jiné lze nastavit na stroji před zahájením svařování. Správné vyvážení každého parametru je klíčem k dosažení silných a estetických svarů. Automatizace nebo dovednosti zkušeného svářeče ve spojení se správně nastavenými parametry povedou ke konzistentním a reprodukovatelným svarům.[2]

Rychlost svařování

Rychlost svařování nebo rychlost pojezdu je rychlost, kterou se svar pohybuje svarovým spojem. U automatizovaného systému lze rychlost svařování nastavit před spuštěním stroje. Při ručním nastavení bude rychlost pojezdu záviset na svářeči. Pokud je pojezdová rychlost příliš vysoká, nebude se ukládat dost výplňového materiálu, což má za následek malý svarový lem. Cestování příliš rychle také nemusí poskytnout dostatek času na to, aby se dostalo dostatečného tepla na fayingové plochy. To bude mít za následek špatnou adhezi extrudátu k fayingovému povrchu. Tato špatná přilnavost vede ke špatné pevnosti svařovaného dílu. Naopak, pokud je pojezdová rychlost příliš nízká, bude se nanášet příliš mnoho výplňového materiálu, což bude mít za následek neestetický svar a potenciální tvorbu blesku, který bude poté nutné odstranit.[6]

Poloha svařovací hlavy

Poloha svařovací pistole je zásadní, aby se zajistilo ukládání extrudátu ve správné oblasti. Pokud se používá manuální systém, svářeč musí zajistit, aby byla svařovací hlava namířena správně. Pokud dojde k nesouososti mezi pistolí a kloubem, materiál nebude uložen do správné oblasti. Aby bylo možné svářečku vést, bude svarová patka speciálně tvarována pro danou geometrii spoje tak, aby byla poloha udržována během svařování.[6]

Teplota extrudátu

Teplota extrudátu se nastaví na extruderu před zahájením svařování. Teplota musí být dostatečně vysoká, aby extrudát byl dostatečně tekutý pro tok, ale ne tak vysoký, aby polymerní výplňový materiál začal chemicky odbourávat. Ideální teplota extrudátu bude záviset na použitém polymeru.[1]

Průtok vzduchu a teplota vzduchu

Studie prokázaly, že rychlost a teplota vzduchu jsou dva největší faktory ve vývoji plazivá síla svařovaných dílů. Je to proto, že rychlost proudění vzduchu a teplota vzduchu jsou dva největší faktory ve vývoji vrstvy taveniny před svařováním. Vrstva taveniny je vrstva roztaveného polymeru na povrchu fayingového povrchu. Když vrstva taveniny dosáhne ideální tloušťky pro svařování, dramaticky se zvýší creepová pevnost svarů. Stejně jako teplota extrudátu však bude ideální teplota a rychlost proudění vzduchu pro základní materiál záviset na tom, jaký polymer je svařován. Navíc může být změněn průtok vzduchu v závislosti na tvaru trysky.[3][5]

Rychlost vytlačování

Rychlost vytlačování je množství extrudátu, které se ve skutečnosti v daném okamžiku přenáší do kloubu. Spolu s teplotou extrudátu a rychlostí / teplotou proudění vzduchu musí být rychlost vytlačování vyvážena, aby se dosáhlo ideálních vlastností svaru. Pokud není přidáno dostatečné množství materiálu, nedojde k úplné fúzi spoje. Naopak, pokud je přidáno příliš mnoho plniva, je zde potenciál pro vytvoření blesku nebo ostrého bodu na špičkách svarové čepičky. Ty by fungovaly jako stoupačky napětí a dramaticky snižovaly pevnost svaru jak při dynamickém, tak při únavovém zatížení.[5]

Výhody a nevýhody

Výhody

Hlavní výhodou extruzního svařování je to, že může dosáhnout velmi vysokých rychlostí nanášení přídavného materiálu do spoje, čímž se zkrátí doba cyklu. Ve srovnání se svařováním horkým plynem, což je proces svařování polymerem, který by mohl mít mnoho stejných aplikací, je čas na dokončení svaru až 5-6x rychlejší.[1]

Se správnými parametry nebudou fúzní oblasti svaru ve skutečnosti nejslabší částí dané vyrobené polymerní části.[5]

Protože je na stroji přednastaveno mnoho hlavních parametrů svařování, je možné získat konzistentně vysoce kvalitní svary.

Nevýhody

Pokud používáte ruční extruzní svařování, musí mít svářeč určité dovednosti, aby dokázal vyrobit zdravé svary. To platí zejména při svařování ve svislé nebo nadzemní poloze. Manuální stroj může být navíc těžký až 12 kg, což se ukázalo jako těžkopádné.[1][2]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i Příručka pro svařování plastů a kompozitů. Hanser. 2003. s. 91–108. ISBN  1-56990-313-1.
  2. ^ A b C d E F Příručka pro spojování plastů: Praktický průvodce. Norwich, NY: Troughton. 2008. str. 73–79. ISBN  978-0-8155-1581-4.
  3. ^ A b Michel, P. (1989-10-15). "Analýza procesu svařování vytlačováním". Polymer Engineering and Science. 29: 1376–1381.
  4. ^ A b Gehde, Michael (1997). "Extruzní svařování polypropylenu". Svařování ve světě. 39: 279–285.
  5. ^ A b C d Gehde a Ehrenstein, Michael a Gottfried (1991-04-15). "Struktura a mechanické vlastnosti optimalizovaných vytlačovacích svarů". Polymer Engineering and Science. 31: 495–501.
  6. ^ A b C https://www.youtube.com/watch?v=Z-u8dvlNptM