Microsoft Word - 12.docTechniki ! czenia tworzyw sztucznych – spawanie 1. Cel " wiczenia
Celem # wiczenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz cymi metod czenia tworzyw sztucznych, a tak $ e wykonanie po czenia próbek wybranymi metodami .
2. Okre % lenie podstawowych zagadnie & oraz opis metod ' czenia. Tworzywa sztuczne mo $ emy czy # poprzez klejenie, po czenia mechaniczne (nity, gwinty,
zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo $ na dodatkowo czy # technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody czenia zale $ y od postaci czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak $ e od budowy chemicznej i wa ( ciwo ( ci fizycznych czonych materiaów.
2.1. Spawanie tworzyw sztucznych Techniki spawania maj zastosowanie w przypadku czenia elementów z tworzyw
termoplastycznych, gdzie konieczne jest wykonywanie trwaych po cze ) z du $* wydajno ( ci i mo $ liwie wysok jako ( ci . czenie technik spawania umo $ liwia uzyskanie wyrobów finalnych o zao $ onych parametrach u $ ytkowych w sposób szybki i stosunkowo maym 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 ciepa do + czonych powierzchni i materiau
+ cz + cego (spoiwa), w celu uplastyczniania ich i docisku spoiwa do + czonych powierzchni.
Podczas spawania, miedzy uplastycznionym materiaem czonym i spoin , zachodzi dyfuzja makrocz steczek i po ochodzeniu powstaje trwae z cze kohezyjne. Warunkami dobrej dyfuzji jest odpowiednia ruchliwo (,# dyfunduj cych a ) cuchów, dlatego materia 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 materia czony. Wyj tkiem jest np. polimetakrylan metylu (PMMA), który mo $ na spawa # zmi - kczonym (suspensyjnym-przezroczystym) polichlorkiem winylu (PVC). Umo $ liwia to uzyskanie wi - kszej wytrzymao ( ci po czenia ni $ przy stosowaniu pr- tów z PMMA.
Tworzywa termoplastyczne wykazuj ce w stanie uplastycznionym takie cechy jak: podatno (,# na destrukcje termooksydacjn , skonno (,# do degradacji termicznej, du $ y wska . nik szybko ( ci pyni - cia
/0123 4567289 :;5;452<=89 Instytut In > ynierii Materiaowej – Zakad Tworzyw Polimerowych
Techniki ? czenia tworzyw sztucznych – spawanie 2
(MFR), s ? materiaami, których ? czenie technikami spawania wi ?A@ e si B z dodatkowymi trudno C ciami lub cz B sto jest praktycznie niewykonalne.
W technikach spawania, nagrzewanie odbywa si B w strumieniu gor ? cego gazu najcz BC ciej powietrza, lub w przypadku tworzyw wra @ liwych na termooksydacjB (utleniania pod wpywem podwy @ szonej temperatury) - azotu, argonu, etc [3].
Wytrzymao DE mechaniczn F wzgl G dn F spoiny okre C la si B stosunkiem wytrzymao C ci na rozci ? ganie spoiny do wytrzymao C ci materiau pierwotnego (nie spojonego). Wytrzymao C ci wzgl B dne spoin wahaj ? si B w granicach 50%-90% w zale @ no C ci od materiau i techniki spawania. Spoiny wykonywane przez automaty maj ? wi B ksz ? wytrzymao C,H ni @ spoiny wykonane r B cznie.
W technikach spawania tworzyw sztucznych stosuje si B dwa rodzaje spoin: czoowe (spoiwo wprowadza si B mi B dzy powierzchnia styku elementów) (rys. 2. a,b,d,e) i pachwinowe (spoiwo wprowadza si B obok styku elementów) (rys. 2. c). Mo @ liwe jest te @ wykonywanie spoin mieszanych czoowo-pachwinowych.
Rys. 2. Przykadowe rodzaje spoin a) spoina V, b) spoina X, c) spoina pachwinowa pojedyncza, d) spoina ½ V, e) spoina K
Do wykonywania po? cze I spawanych termoplastów stosuje siB najcz BC ciej dwie techniki: spawanie drutem (ang. welding wire) nazywane równie @ spawanie pr B tem i spawanie ekstruzyjne (ang. extrusion welding) zwane te @ spawaniem wytocznym.
2.1.1. Spawanie drutem-pr G tem Drutem-pr B tem nazywamy posta H materiau ? cz ? cego wykonanego najcz BC ciej z tego samego
tworzywa co ? czone elementy, o przekroju okr ? gym lub trójk ? tnym i wymiarach poprzecznych od 3 do 7 mm.
Podczas spawania drutem powierzchnie ? czone i materia spoiwa w postaci drutu lub pr B ta uplastyczniane s ? gor ? cym gazem, nast B pnie r B cznie lub stopk ? dyszy spawalniczej ukadana jest spoina (rys. 3 i rys. 4). Aby t ? technik ? po? czy H grubsze elementy, niezb B dne jest uo @ enie wi B kszej liczby C ciegów.
JKLMN OPQRMST UVPVOPMWXST Instytut In Y ynierii Materiaowej – Zakad Tworzyw Polimerowych
Techniki Z czenia tworzyw sztucznych – spawanie 3
A
c d
Rys. 3. Schemat spawania drutem w strumieniu gor [ cego powietrza. a – drut spawalniczy, b – gor [ ce powietrze, c – spoina, d – zukosowany [ czony materia, e – dysza spawalnicza
Rys. 4. Spawanie pyt z PP drutem profilowym z zastosowaniem dyszy spawalniczej.
W przypadku braku dyszy spawalniczej mo \ liwe jest spawanie wahadowe (Urz Z 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).
]^_`a bcde`fg hicibc`jkfg Instytut In l ynierii Materiaowej – Zakad Tworzyw Polimerowych
Techniki m czenia tworzyw sztucznych – spawanie 4
2
1
3
7
8
9
Rys. 5. Spawanie wahadowe pr n tem z tworzywa w strumieniu gor o cego gazu (najcz nqp ciej powietrza): 1 – materiay o czone, 2 – pr n t-drut z tego samego tworzywa co materiay o czone, 3 – ko r cówka spawarki- dmuchawy gor o cego gazu, 4 – lico wykonanej spoiny, 5 – nadlew-wypywka, 6 – ukosowany pod k o tem 60O materia – spoina doczoowa V, 7 – kierunek wykonywanego ruchu wahadowego, 8 – gor o cy gaz, 9 – nacisk na pr n t spawalniczy (ok. 1 – 2 kg)
Rys. 6. Zobrazowanie prawidowego nadlewu-wypywki przy wahadowym spawaniu utwardzonego polichlorku winylu (PVC) i profilowanego pr n ta spawalniczego PVC.
Bardzo istotna podczas spawania drutem jest odpowiednio dobrana temperatura gor m cego gazu, oraz równomierna prs dko t,u spawania i nacisk, tak aby powsta wa t ciwy nadlew-wypywka, który jest gwarancj m dobrego spawu. Zarówno materia m czony jak i drut spawalniczy musz m by u w takim samym stopniu uplastycznione, gdy v w przeciwnym wypadku nie nast m pi dyfuzja i spoina b s dzie wadliwa. Nale v y podkre t li u , v e temperatura któr m b s dzie miao tworzywo podczas spawania zale v y jednocze t nie od temperatury gazu oraz pr s dko t ci spawania, czyli czasu jaki b s dzie gor m cy gaz oddziaywa z tworzywem. Przy wi s kszej pr s dko t ci spawania temperatura gazu powinna by u wy v sza ni v przy mniejszej pr s dko t ci spawania.
Na rysunku 7 pokazane jest jak nale v y dobiera u warstwy spoin w zale v no t ci od grubo t ci materiau m czonego. Nale v y zwróci u uwag s , v e do wykonania spoiny X potrzeba mniej materiau ni v do wykonania analogicznej spoiny V.
wxyz{ |}~z }|}z Instytut In ynierii Materiaowej – Zakad Tworzyw Polimerowych
Techniki czenia tworzyw sztucznych – spawanie 5
Rys. 7. Zale no ilo ci warstw spoiwa od grubo ci (mm) spawanych elementów.
2.1.2. Spawanie ekstruzyjne W spawaniu ekstruzyjnym (wytocznym) uplastycznione spoiwo jest wytaczane z wytaczarki i
specjaln gowic tzw. butem spawalniczym jest formowana spoina miedzy uplastycznionymi gor cym gazem powierzchniami czonymi (rys. 8). T metod mo emy jednym przej ciem wykonywa spoiny o du ej grubo ci. Spawanie ekstruzyjne jest bardziej wydajne ni spawanie drutem.
d
ec
A - A
Rys. 8. Schemat spawania ekstruzyjnego. a – stopione tworzywo z ekstrudera, b – gor ce powietrze, c – spoina, d – ukosowany czony materia, e – but spawalniczy z PTFE, f – podstawa buta, g – dysza ekstrudera.
Instytut In ynierii Materiaowej – Zakad Tworzyw Polimerowych
Techniki czenia tworzyw sztucznych – spawanie 6
Rys. 9. Spawanie doczoowe pyt z PEHD spawark   ekstuzyjn  
Wybór metody czenia zale ¡ y od postaci czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak ¡ e od budowy chemicznej i wa ¢ ciwo ¢ ci fizycznych czonych materiaów.
3. Sposób wykonania £ wiczenia Instrukcja obsugi urz dze ¤ wraz z danymi technicznymi oraz uwagami dotycz cymi BHP
powinna znajdowa ¥ si ¦ na stanowisku. Obsugiwanie urz dze ¤ do spawania i zgrzewania jest dozwolone tylko w obecno ¢ ci prowadz cego ¥ wiczenie po uprzednim zapoznaniu si ¦ z instrukcj lub przeszkoleniu. Nale ¡ y ¢ ci ¢ le stosowa ¥ si ¦ do polece ¤ prowadz cego ¥ wiczenie. Nale ¡ y zachowa ¥ szczególn ostro ¡ no ¢,¥ , gdy ¡ w przeciwnym wypadku istnieje gro § ba poparzenia.
3.1. Spawanie tworzyw sztucznych Na ¥ wiczeniach przewidziane jest przeprowadzenie spawania drutem bez oraz z dysz
szybkiego spawania a tak ¡ e spawanie ekstruzyjne. W/w metodami wykonane zostan z cza doczoowe pyt z PE i PP ukosowanych na V lub X w zale ¡ no ¢ ci od grubo ¢ ci pyt. Wykonane z cza prowadz cy ¥ wiczenie poprzecina w próbki do bada ¤ wytrzymao ¢ ci wzgl ¦ dnej spoin a nast ¦ pnie zostan przeprowadzone próby wytrzymao ¢ ciowe.
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 ¨
l skiej, Gliwice 2000 3. Wytyczne Urz ¦ du Dozoru Technicznego „SPAWACZE I ZGRZEWACZE
TERMOPLASTYCZNYCH TWORZYW SZTUCZNYCH”, WDT-ST-1/00, Warszawa 2000
©ª«¬­ ®¯°±¬²³ ´µ¯µ®¯¬¶·²³ Instytut In ¸ ynierii Materiaowej – Zakad Tworzyw Polimerowych
Techniki ¹ czenia tworzyw sztucznych – spawanie 7