17. zavarivanje polimera

8/18/2019 17. zavarivanje polimera

1/24

IWE kursModuo 1-Postupci zavarivanja i oprema za

zavarivanje

1.17. Zavari vanje termoplastičnih polimera

[Type text]

1.17. ZAVARIVANJE POLIMERA

Plastični materijali su sastavljeni od polimernih molekula i različitih dodataka.Polimeri su dugački lanci molekula, a nazivaju se i makromolekuli ili džinovski molekuli.Polimeri nastaju polimerizacijom, odnosno povezivanjem i unakrsnim povezivanjem različitihmonomera. Monomeri su jednostavna molekularna jedinjenja medjusobno povezana

kovalentnom vezom u dugačke molekularne lance. Mer označava najmanju ponovljenu jedinicu polimernog lanca, kao što je elementarna rešetka kod kristalne strukture metala.Polimer predstavlja veliki broj mera ili osnovnih jedinica koji se ponavljaju stotinama i

hiljadama puta u lančanoj strukturi. Većina monomera su organski materijali u kojima suatomi ugljenika vezani kovalentnim vezama sa drugim atomima kao što su vodonik, kiseonik,azot, fluor, hlor, silicijum i sumpor. Primer monomera je molekul etilena koji se sastoji odatoma ugljenika i vodonika (slika 1.18-1).

Slika 1. Osnovne strukture polimermih molekula: (a) molekul etilena, (b) polietilen, lanac

sač injen od velikog broja molekula etilena, (c) molekularne strukture za neke vrste polimera


2/24

Polimerizacija

Molekuli se povezuju u sve duže i veće molekule procesom polimerizacije, što je ustvari hemijska reakcija. U ovoj reakciji dupla veza između ugljenikovih atoma se otvara imolekuli se međusobno linearno postavljaju. Kao primer mogu da se navedu molekuli etilena

koji se međusobno povezuju u polimer poznat kao polietilen (slika 1). Polimerizacioni procesisu veoma složeni. Postoji mnogo polimerizacionih procesa, a dva osnovna su kondenzacijska polimerizacija i adiciona polimerizacija.

Molekularna struktura

Svojstva polimera ne zavise samo od tipa monomera, većć i od razlike u strukturimolekularnih lanaca. Zavisno od specifičnog mehanizma polimerizacije molekularna struktura polimera može biti: linearna, razgranata, poprečno povezana i umrežena.

Slika 2. Š ematski prikaz: (a) linearni polimer; (b) razgranati polimer;(c) popreč no povezan polimer; (d) umre ž en polimer

Linearni polimeri. Kod linearnih polimera osnovne jedinice polimernog lanca pove-zane su međusobno, kraj sa krajem, u pojedinačne duge lance, kako je to šematski prikazanona slici 1-18.2a (svaki krug predstavlja jednu osnovnu jedinicu polimera). Ovi dugi lanci su

veoma plastični i nisu pravolinijskog oblika. Što se tiče linearnih polimera, dugi molekularnilanci dr že se međusobno samo sekundarnim vezama (Van der Valsove veze). Neki oduobičajenih polimera koji imaju linearnu strukturu su: polietilen, polivinil hlorid, polistiren,

polimetil metakrilat i najlon.Razgranati polimeri. Polimeri koji imaju sekundarne lance koji se granaju iz glavnih

molekularnih lanaca, na mestima gde bi se normalno nalazio vodonikov atom, nazivaju se razgranati polimeri i šematski su prikazani na slici 11.2b. Sekundarni lanci - grane sprečavajumeđusobno pomeranje molekularnih lanaca. Ovo utiče na otpornost prema deformaciji polimera, što povećava njihovu ččvrstoću. Gustina razgranatih polimera je manja nego kodlinernih polimernih lanaca.


3/24

Poprečno povezani polimeri. Kod poprečno povezanih polimera susedni linearni lan-ci povezuju se jedan za drugi na različčitim pozicijama kovalentnim vezama, kako je tošematski prikazano na slici 11.2c. Proces poprečnog povezivanja ostvaruje se ili za vremesinteze ili hemijskim reakcijama i to obično na povišenim temperaturama. Poprečno povezivanje ima veliki uticaj na svojstva polimera (tvrdoću, ččvrstoćću, krutost i

dimenzionalnu stabilnost). Polimeri sa poprečno povezanim lančanim strukturama nazivaju setermoreaktivni, a primeri su epoksidi, fenoli i silikoni.Umreženi polimeri. Osnovne jedinice polimernog lanca koji imaju tri aktivne kova-

lentne veze mogu formirati trodimenzionalne mreže, kako je to šematski prikazano na slici11.2d. Polimeri koji su sačinjeni od trofunkcionalnih osnovnih jedinica nazivaju se umre ž enim polimerima. Ovi materijali imaju posebna mehanička i fizička svojstva. Visoko poprečno povezani polimeri mogu se takođe smatrati umreženim polimerima. U ovu grupu polimeratakođe spadaju epoksidi i fenol - formaldehidi.

Posebno treba istaći da polimeri nisu običčno samo jednog određenog strukturnog tipa.Tako na primer pretežno linearni polimeri imaju sposobnost ograničenog granjanja i popreččnog povezivanja.

Kopolimeri

Kada su sve ponovljene osnovne jedinice u dugom polimernom lancu istoga tipa,

molekul se naziva homopolimer . Ipak, kao i kod legura metala, dva ili tri razli čita tipamolekula može biti kombinovano da bi se dobila određena specifična svojstva polimera.Polimerni lanac koji se sastoji od dva i više hemijski različitih ponovljenih osnovnih jedinicanaziva se kopolimer .

Mada monomeri kod velikog broja kopolimera imaju brojno različiti geometrijski pro-izvoljni raspored, ipak se zavisno od procesa polimerizacije i od uzajamnog odnosa osnovnih

jedinica monomera, uočavaju četiri različita tipa kopolimera: proizvoljni, naizmenični, blok ikalemljeni (slika 1-18.3).

Slika 3. Uređ enje kopolimera: (a) kopolimer kod koga su dve različ ite jedinice proizvoljnoraspoređ ene u lancu; (b) kopolimer kod koga se različ ite jedinice smenjuju pravilno; (c)

kopolimer kod koga se različ ite jedinice pojavljuju u bloku; (d) kopolimer kod koga se jedan

polimer kalemi na dugi lanac drugog polimera


4/24

Kristaličnost

Kod nekih polimernih materijala, mogućć je izvestan stepen kristalizacije, što možedovesti do promene njihovih svojstava. Do pojave kristalne strukture polimera dolazi u toku

procesa sinteze polimera, ili pri deformaciji u toku njegove dalje prerade.Termoplastični materijali

Polimeri amorfne strukture sastoje se od dugih molekularnih lanaca međusobno pove-zanih sekundarnim vezama, dok se atomi unutar svakog molekula vezuju jačim kovalentnimvezama. Prema tome, od vrednosti čvrstoće ovih sekundarnih veza zavisi i čvrstoća polimera.Linearni i razgranati polimeri imaju slabe sekundarne veze. Ako bismo ove polimere zagrevali

do temperature iznad temperature prelaza u staklasto stanje Tg, oni bi omek šali i tada moguveoma lako da se oblikuju u željeni oblik. Hlađenjem omek šanih polimera njihova tvrdoća ičvrstoća vraćaju se na prvobitne vrednosti. Ovaj proces zagrevanja, oblikovanja i hlađenja kodovih polimera može da se ponavlja neograničeno bez značajnih promena njihovih svojstava.

Polimeri koji pokazuju ovakvo ponašanje poznati su u praksi pod nazivom termoplastič ni polimeri.

Termoumreženi polimeri

Termoumreženi polimeri formiraju se tako što su dugi molekularni lanci u polimeruunakrsno umreženi po trodimenzionalnom rasporedu, tako da dobijena struktura ustvari postaje jedan džinovski molekul sa veoma jakim kovalentnim vezama. Termoumreženi polimeri nemaju oštro definisanu temperaturu prelaza u staklasto stanje. Proces polimerizacijetermoumreženih polimera izvodi se u dve faze. Prva faza je dobijanje molekula koji sudelimično polimerizovani u linearne lance. U drugoj fazi se istovremeno obavlja oblikovanje i

umrežavanje. Kod nekih termoumreženih polimera do unakrsnog umrežavanja dolazizagrevanjem ili istovremeno zagrevanjem i pritiskom. Drugi polimeri mogu se unakrsnoumrežiti i hemijskim reakcijama na sobnoj temperaturi.

Termoumreženi polimeri ne mogu ponovno da se zagrevaju ni pretapaju. Ovo je velikinedostatak ovih polimera, jer otpaci u proizvodnji ne mogu ponovo da se koriste.

Prednosti koje pružaju termoumreženi polimeri pri izboru materijala za inženjerskekonstrukcije su:

dobra mehanička svojstva, otpornost na puzanje i deformacije pod opterećenjem, visoka termička stabilnost, visoka dimenziona stabilnost,

visoka električna i toplotna izolaciona svojstva, velika hemijska postojanost,

mala masa.

Oblast primene termoumreženih polimera je ograničena temperaturom. Ako tempera-tura u eksploataciji delova poraste, termoumreženi polimeri počinju da se pale, dolazi doopadanja svojstava i do ugljenisanja.


5/24

Termoreaktivni polimeri kod prvog zagrevanja omek šavaju i popunjavaju kalup ukome očvr šćavaju, dobijajući punu čvrstoću i tvrdoću, a pri ponovnom zagrevanju ne omek-šavaju i ne mogu ponovo da se oblikuju. Suprotno tome termoplasti čni polimeri pri svakom ponovnom zagrevanju omek šavaju, a posle hlađenja dobijaju ponovo svoju krutost i čvrstoću, pa su pogodniji za spajanje zavarivanjem. Neke vrste termoplastičnih polimera, pogodne za

spajanje zavarivanja, su navedene u tab..1, zajedno sa temperaturama zavarivanja.

Tabela 1. Osnovne vrste polimera pogodne za spajanje zavarivanjem

oznaka polimer temp.zavar. (C)

ABS Akrilonitril butadien stiren 350

PVCVG Polivinil hlorid visoke gustine 300

PVCNG Polivinil hlorid niske gustine 400-500

PC Polikarbonat 350

PEVG Polietilen visoke gustine 300

PENG Polietilen niske gustine 270

PP Polipropilen 300

PA Poliamid 400

Pod plastikom se podrazumevaju plastične mase od svih materijala (izuzimajući metale) kojise u određenim temperaturnim granicama, pod uticajem mehaničkih sila, mogu oblikovati, posle čega dobijeni oblik i dalje zadržavaju. U ovu grupu spadaju i mnoge veštačke smole. Plastične mase su visokomolekularna organska jedinjenja koja se, uglavnom,dobijaju polimerizacijom, poliadicijom ili polikondenzacijom.Sirovine za proizvodnju plastičnih masa

se dobijaju preradom uglja, nafte i zemnog gasa.

Polimerizacija je sjedinjavanje većeg broja manjih molekula jednog jedinjenja u većemolekule-makromolekule, bez reakcionih produkata. Dobijeni proizvod ima isti procentualnisastav ugljovodonika, kao polazne supstance, ali mnogo puta veću molekulsku težinu od prvobitne. Pri polimerizaciji mogu nastati pravi, r ačvasti ili umreženi lanci, što opredeljujevrstu polimera. Praktično nije moguće voditi proces polimerizacije tako da se dobije proizvodsačinjen od molekula iste veličine.Polimerizacioni procesi se naročito odigravaju pod uticajemkatalizatora, svetlosti, toplote i pritiska. U tehnici se pravi razlika između blokovske polimerizacije(proizvodnja kaučuka, celuloze, polistirola…), suspenzione polimerizacije( proizvodnja polivinilhlorida, polivinilacetathlorida…) i emulzione polimerizacije( proizvodnja

polietilena, polipropilena…). Neke fizičko-hemijske karakteristike su u korelaciji sa sa molekularnom masom. Tako sa porastom molekularne mase, temperatura topljenja i ključanja homolognih jedinjenja raste,dok mogućnost termičkog razlaganja opada. Procesi polimerizacije na području neorganske hemije sreću se kod silikata, fosfata,volframata, molibdenata i sl.


6/24

Poliadicija je postupak dobijanja visokomolekularnih plastičnih masa. između polimerizacije i polikondenzacije. Nasuprot polikondenzaciji, pri poliadiciji ne dobijaju se nikakvi

niskomolekularni proizvodi razlaganja. Proizvodi koji nastaju poliadicijom nazivaju se poliadukti ili poliadicioni proizvodi ( poliuretani, epoksi-smole…).

Polikondenzacija je postupak hemijske reakcije pri kojoj se od prostih molekula stvaraju novi,veći molekuli, uz izdvajanje jednostavnih molekula(H2O, HCl i sl.),a plastične mase kojenastaju ovim postupkom su , na primer poliesteri, poliamidi, silikoni i dr.

Podela plastičnih masa

Postoji više pristupa za grupisanje plastičnih masa, čiji je broj veoma veliki i iz dana u dan se povećava.Zbog komplikovane strukture, nomenklaturni nazivi plastičnih masa su u praksineprihvatljivi. Standardno označavanje (EN, JUS,DIN, ISO...) bazirano je na pravilimaMeđunarodne unije za čistu i primenjenu hemiju (IUPAC), tako da se za izvorno zasnovannaziv polimera, kada iza reči "poli" sledi naziv koji je sastavljen od više od jedne reči, te reči

stavljaju u zagradu.Za oznake se koriste samo velika slova. U tabeli broj 1 navedene su oznakenajčešće korišćenih polimera, koje je publikovala navedena komisija, a koje su indentične saoznakama u standardu .

Oznake su prvenstveno namenjene kao pogodna skraćivanja dugih hemijskih naziva u publikacijama i drugim pisanim materijalima, a nisu namenjene za odabiranje materijala.

Oznakama osnovnih polimera navedenih u tabeli br.1.mogu se dodavati do četiri dopunskeoznake , radi raspoznavanja modifikacija osnovnog polimera. Oznake posebnih svojstavamodifikovanog osnovnog polimera dodaju se iza oznake osnovnog polimera i odvojene su od

nje crticom. Nikakva oznaka ne sme se staviti ispred oznake osnovnog polimera.

Tabela br:2:Osnovni polimeri

OZNAKA NAZIV HOMOPOLIMERA I

PRIRODNIH POLIMERA

CA

CN

CP

EPPA

PAN

PB

PEPCTFE

PP

PSPVC

SI

SPUP

Celulozni acetat

Celulozni nitrat

Celulozni propionat

Epoksidi, epoksi… Poliamid

Poliakrilonitril

Polibuten-1

PolietilenPolihlortrifluoretilen

Polipropilen

PolistirenPolivinilhlorid

Silikon

Zasićen poliester Nezasićen poliester


7/24

Za zavarivačke namene celishodna je podela prema toplotnim osobinama. Tako je definisana podela na: termoplaste i duroplaste.

Termoplasti su plastične mase koje pri ponovnom zagrevanju do određene temperature,

reverzibilno očvršćavaju.

Najčešće upotrebljavani termoplasti kao i njihove osobine prikazane su u tabeli br.2.

Tabela br.2: Osobine termoplasta

Oznaka

Čvrstoća

(MPa)

Izdu

že nje

(%)

Modul

elastičnosti

E

(10

2

N/mm2)

Gusti

na

(kg/m3)

Lin.

koef.

izduženja

(10-4

K -

1)

Topl

otna

prov

odlj

(W/

mK)

Dielek

tri-

čnifaktor

tg

Dielek

tri-

čnakonst

anta

Unutra

šnjiotpor

moleku

la

R( )

PA

Poliamid

800 50-

130

25-32 1120 0,7-1,2 0,18

-0,21

2x10-

3,5 10

PEHDPolietilen

visoke

gustine

350 200-1000

8-14 950 1,5-2 0,33-

0,44

5x10-

2,3 10

PELD

Polietilenniskegustine

150 300-

1000

1,5-5 920 2,3 0,28

-0,30

3x10-

2,3 10

PP

Polipropile

n

350 700-

800

11-15 905 1,1-2,0 0,19

-

0,22

6x10-

2,2 10

PVCT

Polivinilhlorid tvrdi

550 20-

50

29-35 1400 0,7-0,8 0,14

-0,16

3x10-

6 10

PVCM

Polivinilhl

orid meki

200 100-

400

0,03-0,4 1350 1,8-2,0 0,13

-

0,15

1x10-

3 10

Duroplasti su plastične mase koje postupkom povećanja molekula postaju ireverzibilnootvrdnute. To znači da je postupkom izrade duroplast dobio konačni oblik.

Termoplasti (TMP) su plastične mase koje pri ponovnom zagrevanju do određene temperature,reverzibilno omekšavaju. Omekšan i ohlađen termoplast se ponovnim zagrevanjem možedovesti u testasto stanje preko kojeg se dobija konačni oblik.


8/24

Među termoplastima koji se masovno koriste u izradi polufabrikata od plastičnih masa su polietilenske termoplastične mase.

Tipovi polietilenskih masa se klasifikuju i označavaju na bazi vrednosti intervala

karakterističnih svojstava i to: konvencionalne gustine,

brzine tečenja rastopa, kao i

podataka o primeni , o postupku prerade, važnim svojstvima, aditivima, boji, punilima isredstvima za ojačanje, (vrednosti pojedinih svojstava su naznačene u proizvođačkimspecifikacijama).Sistem označavanja utvrđen je u standardu JUS G.C1.290-1990 g., a primenjuje se nahomopolimere i kopolimere etilena, kao i na mešavine navedenih polimera.Označavanje ponavedenom standardu ne podrazumeva da materijali sa istom oznakom imaju potpuno ista

svojstva.

Karakterististična svojstva termoplastičnih masa

Karakteristična svojstva u vezi sa standardima kojima su definisanane metode i usloviispitivanja istih, prikazani su u tabeli br.3.

Pri ugovaranju ili isporuci elemenata od TMP (cevi, ploče, fitinzi, sedla…), tehničke podatkekoji se odnose na materijal koji je upotrebljen mora proizvođač staviti na raspolaganje kupcu. Po pravilu, osnovni materijal koji se koristi za proizvode koji se spajaju zavarivanjem moraju

biti od čistog polimeta (PEHD, na pr.), kome su dodati samo oni antioksidanti, UVstabilizatori i pigmenti neophodni za proizvodnju i za zavarljivost.

Svi aditivi moraju da budu ravnomerno dispergovani.

ZAVARIVANJE TERMOPLASTA

Kod svih postupaka zavarivanja termoplasta, povrsine koje treba spojiti, treba zagrejati

do temperature "testastog" stanja. Pomocu pritiska tako zagrejanih povrsina ostvaruje se

zavareni spoj.

Postupci zavarivanja se medusobno razlikuju prema nacinu grejanja. U praksi se

primenjuju sledeci postupci zavarivanja:

• zavarivanje toplim vazduhom /gasom;

• zavarivanje vrućim alatom;•

ekstruziono;•

ekstruziono sa toplim gasom;

• visokofrekventno, frikciono;

• ultrazvucno;

•

vibraciono zavarivanje

• elektrootporsko sa spojnicama, elektrofuzijsko.


9/24

Pored navedenih postupaka primenjuju se i postupci: zavarivanje trenjem,

zavarivanje toplim impulsom i zavarivanje snopom svetlosti.

Ručno zavarivanje toplim vazduhom

Oblici žljebova za zavarivanje su slični onima pri zavarivanju čelika. Vazduh ili gas ( N2, O2) dovodi se preko grejača (električni ili gasni) i zagreva do potrebnetemperature. Šobom grejača usmerava se topli vazduh u žljeb za zavarivanje, gde je postavljena dodatna šipka (žica od TPM).Tokom zavarivanja šobu treba njihati, a žicu koja jeiznad žljeba, treba pritiskivati pod pravim uglom. Ispred žice nastaje nadvišenje šava, a poivicama šava, zavarivačka pena. Pri tom i nadvišenje i pena moraju biti sastavljeni odosnovnog materijala i materijala žice.To ukazuje da je pravilno urađeno zagrevanje.Pri nepravilnom ili nedovoljnom zagrevanju, nadvišenje će se sastojati ili samo od osnovnogmaterijala, ili samo od materijala dodatne žice, ili uopšte nema nadvišenja.

Preveliko zagrevanje, ili previsoka temperatura zavarivanja prouzrokuje veliko termičkorazlaganje materijala. Na to ukazuje formiranje ogorine pene po šavu. Ove nepravilnostiznatno umanjuju čvrstoću spoja.

Sl.1. Pribor i pomoćni alat


10/24


11/24

Parametri zavarivanja , prema DVS 2207-3, prikazani su u tabeli br. 4.

Tabela br.4: Preporučeni parametri zavarivanja za različite TMP

Oznaka TMP Sila zavari vanja ŠN] na žici prečnika: Temperaturagasa

0 C

Protok gasal/min.

do 3mmØ do 4 mm Ø

PE-HD

6...10 (WF)*

10...16 (WZ)**

15...20

25...35 300...350 40...60

PE-LD Prikladan samo za

popune WF 260...320 40...60

PP 6...10 (WF)*

10...16 (WZ)**

15...20

25...35 280...330 40...60

PVC-U, PVC-HI 5...9 (WF)*

8...12 (WZ)**

8...12

15...25 320...370 40...60

PVC-P 15...20 (WF)*

4...8 (WZ)**

18...25

7...12 300...370 40...60

PVC-C 10...15(WF)*

15...20 (WZ)*

15...20

20...25 350...400 40...60

PMMA 12...16 (WF)*

12...16 (WZ)*

12...16

20...30 320...370 40...60

PVDF 10...15 (WF)*

12...17 (WZ)*

15...20

25...35 350...400 40...60

*WF-zavarivanje toplim gasom, ručno dodavanje žice. **WZ- zavarivanje toplim gasom, mehanizovano dodavanje žice.

Postupci zavarivanja toplim vazduhom/gasom zahtevaju dobru osposobljenost zavarivača.

Ovaj postupak se može mehanizovati ekstruzijom.

Postupak ekstruzionog zavarivanja toplim vazduhom/gasom prikazan je šematski na skicama br.1 i 2. Zavarivanje se izvodi jednim zavarom, a brzina pretapanja dodatnog materijala je oko

2,5 kg/h.

Skica br. 1.


12/24

Skica br.2.

Zavarivanje vrućim alatom

Princip grejanja sastoji se u zagrevanju površina koje se spajaju, termostatičkim grejačem, kojise zagreje do temperature koja odgovara termoplastu. Pri tom, površine koje se spajaju trebada se dodiruju sa grejnim telom (vrućim alatom) za vreme zagrevanja. Kada su površinezavarivanja zagrejane do zadate temperature, površine se dodirnu i pritisnu i tako stegnutedrže u alatu do hlađenja. Postupak je pogodan za ručno zavarivanje šipkastih oblika, mehanizovano preklopnozavarivanje, a postupak se pokazao najboljim za sučeono zavarivanje cevi. U te svrhe, uzgrejno telo, koriste se posebni stezni alati, koji služe i za centriranje i pripremu za s pajanje.Paralelnost površina za zavarivanje postiže se postavljanjem planparalelnog rotirajućegoblikača. Pomoću njega se poravnaju kontaktne površine. Provera ravnosti ivica utvrđuje se poizvlačenju oblikača, dodirom površina. Maksimalna širina zazora po obimu iznosi 0,5mm, a maksimalna denivelacija po obimu iznosi±10% debljine zida cevi, ali ne veća od 1,0mm. Površine koje se zavaruju se potomrazdvajaju, postavlja se termostatički grejač zagrejan do temperature zavarivanja. Postupak sučeonog zavarivanja cevi toplim alatom prikazan je na slikama br. 4, 5 i 6.Princip zavarivanja toplim alatom prikazan je na skici br.3 i 4.

U tabeli br.5 prikazani su parametri zavarivanja cevi toplim alatom.


13/24


14/24

Skica br.3: Dijagram procesa Skica br. 4: Nabor

Tabela br 5. Preporučeni parametri za cevi i fitinge od PE -HD

Nominalnadebljina zidacevi

mm

Visinaistisnutognabora pri:P


15/24

Visokofrekventno zavarivanj e

Princip visokofrekventnog zavarivanja TMP masa sastoji se u zagrevanju termoplasta preko

elektroda priključenih na visokofrekventni generator. Konstrukcije i oblici elektroda

prilagođeni su obliku i dimenziji predmeta koji se spaja uz ispunjenje zahteva da obezbeđuju prenos sile na radni komad. Sa međusobnim usklađivanjem vrste termoplasta-elektrode – sile –snage sa frekvencijom generatora, postiže se spajanje, odnosno zavarivanje na zagrejanommestu. Ovaj princip prikazan je na skici br.5, a na skici br.6 prikazana je šema jednostavnemašine za visokofrekventno zavarivanje.

Skica br.5: Princip visokofrekventnog zavarivanja

Skica br.6: Mašina za visokofrekventno zavarivanje TPM


16/24

Svi termoplasti se pri visokim frekvencijama ne zagrevaju isto. Snaga koja se pretvara utoplotu izražava se jednačinom:

PD= E

2

.W.er . eo ŠW/cm3

], E-napon, W-frekvenca, er -relativna dielektrična konstanta, eo-apsolutna dielektrična konstanta, tgδ-dielektrični faktor. Iskustveni podaci ukazuju da je visokofrekventnim postupkom moguće zavarivati termoplastekoji imaju početni er >2 i tgδ≥0,01.U tabeli br.6. date su vrednosti najmanjeg dielektričnogfaktora za različite plastične materijale.

Tabela br.6: Vrednosti dielektričnog faktora .

Materijal tgδ ABS 0,03-0,01

PA 0,06-0,03

PVC 0,1-0,05PE 0,05

CP 0,029-0,024

CA 0,068-0,063

Vrednost tgδ je važan faktor koji karakteriše sposobnost plastičnih materijala da se mogugrejati i spajati ovim postupkom.

Uređaji i aparati koji se koriste za visokofrekventno zavarivanje su izrađeni za velike serijesasvim određenih spojeva ili proizvoda. Često se kombinuju sa frikcionim postupkom kad su u pitanju spajanja velikih serija debelozidnih cevi. Postupak VF zavarivanja je uvek

mehanizovan, a u najvećem broju slučajeva i automatizovan. Nedostatak VF zavarivanja je što

uređaji pri radu izazivaju smetnje na radio vezama.

Ultrazvučno zavarivanje

Toplota u predmetu za zavarivanje postiže se ultrazvučnim talasima, odnosno unutrašnjimkretanjem molekula stvara se otpor koji produkuje toplotu. Delovanjem toplote termoplast

omekšava , a pritiskom na omekšani materijal postiže se spajanje. Na skicama br.7, 8 i 9 prikazan je princip zavarivanja ultrazvukom.


17/24

Energija generatora prenosi se preko pretvarača (booster) na sondu, a elementi za zavarivanjelociraraju se između sonotrode i materijala-nakovnja. Važno je da ultrazvučni talas prođe kroz elemente za zavarivanje.Maksimalni prolaz će bitimoguć ako je debljina elementa koji se zavaruje jednaka celom broju višekratnih talasnihdužina ( d= n .λ/2). Elementi se mogu zavarivati direktnim kontaktom ili sa određenim razmakom, što je u funkciji

konstrukcije opreme, odnosno aparature.Aparatura za ultrazvučno zavarivanje se, po pravilu, izrađuje strogo namenski, na pr. zaelemente automobilske, elektro industrije i sl.

Vibraciono zavar ivanje

Ovaj postupak zasnovan je na principu oscilatornog kretanja elemenata koji se spajaju, uz

dodatne vibracije koje se ostvaruju sistemom magnetne frekvencije, a primenjuje se kod

rotacijski simetričnih predmeta. Proces spajanja omogućen je uz obezbeđenje radnog pritiska,frekvencije i amplitude oscilatora. Za ispunjenje navedenih uslova na raspolaganju je oprema

sa elektromagnetnim, mehaničkim, ili hidrauličnim sistemom. Na slici br.10. šematski je prikazan vibracioni uređaj sa elektromagnetnim sistemom, namenjen za izvođenje zavarivanjarazličitih spojeva, uključujući i orbitalno zavarivanje. Permanentni magnet je učvršćen na jednoj strani centralne osovine koja rotira između elektromagnetnih vođica. Vibracija se postiže pomoću četiri (ili više) elektomagneta postavljenih na kućištu mašine. Frekvencija sereguliše u zavisnosti od vrste TMP, kao i od debljine elemenata koji se spajaju. U praksi seostvaruju vrednosti u granicama od 100 do 300 Hz, sa amplitudom od 0,5 do 2,5mm. Po

pravilu kod visokih amplituda zahteva se niska frekvencija i obrnuto.


18/24

Na skici br.10 dat je šematski prikaz zavarivanja složenog elementa (zavarivanje na različitim pozicijama), na vibracionom uređa ju sa elektromagnetnim sistemom.

Sl. br.7: Vibracioni uređaj

Skica br.10


19/24

Izrađuju se aparature u zavisnosti od oblika i dimenzija elemenata koji se spajaju.

Ovim aparatima je moguće spajati predmete različitih preseka, uključujući ugaone, satačnošću od± 1

0 . Postupak se stoga preporučuje za spajanje složenih elemenata koji se izrađuju u velikimserijama.

Elektrootporsko sa spojni cama i elektrofuzij sko

Postupak zavarivanja uz pomoć nastavaka, naglavka, fitinga, sedla i sl. razvijen je zaspajanje cevi od termoplastičnih masa pri izradi i izgradnji gasovoda. Svi spajajući elementiimaju ugrađene elektrootporske spirale sa priključkom za struju. Ovi elementi su proizvedeni

tako da se posle zavarivanja dodatno sakupljaju po obimu (2-3%). Pored elemenata zaspajanje, na raspolaganju su i posebno konstruisani noževi za obradu krajeva cevi na tačan prečnik nastavka (mufa). Time se anuliraju manje ovalnosti koje su kod cevi od TPM česta pojava.

Princip spajanja se sastoji u tome što se cevi koje se spajaju, prethodno obrađenihkrajeva, fiksiraju u nastavku i tako fiksirane drže za vreme zavarivanja i hlađenja. Strujni priključci elektrootporskih spirala povezuju se sa izvorom, odnosno aparaturom zazavarivanje.

Na skici br.9. prikazan je princip ovog postupka.

Skica br.9.


20/24

Postupak se razlikuje od običnog zavarivanja vrućim alatom samo po tome što je grejačoblikovan tako da greje spoljašnji zid cevi i unutrašnji naglavka.

Na skici br.10- a,b,c i d definisani su zazori između cevi i naglavka, položaj naglavka pri

k orišćenju steznog alata i centriranje.

Skica br.10a) Rastojanje kraja cevi od sredine mufa

b) Rastojanje između krajeva cevi

c) Cev se ne sme naborati unutar mufa

d) Zazor je definisan uputstvom


21/24

Na ovom principu zasnovane su konstrukcije različitih uređaja koji se uglavnom razlikuju podizajnu generatora i kontrolne jedinice. Proizvođači uređaja korisniku obezbeđuju potpuneinstrukcije. Bez obzira na vrstu uređaja, postupak spajanja odvija se sledeci osnovne aktivnosti:

pripremu krajeva cevi, pomoću alata za skidanje/struganje,

centriranje, pomoću kružnih stega, proveravanje saosnosti, priključivanje kablova sa generatora na spojni elemenat, unošenje podataka za

vremena i temperature spajanja,

uključivanje generatora i kontrolne jedinice uz istovremeno aktiviranje stega,

završetak ciklusa nakon provere kazaljke na pokazivaču topljenja. Svaki naglavak (muf) mora da ima vidljivu identifikacionu markicu sa označenim vremenom potrebnim za zavarivanje.

U mnoge uređaje i aparate ugrađeni su računari koji merenjem omskog otpora spiraleregistruju naglavak i automatski biraju program spajanja, jačinu struje, vreme zagrevanja itemperaturu, vreme hlađenja i obavljaju kontrolisanje. Na uređajima koji nemaju senzore, potrebno je jačinu struje zavarivanja i vreme zagrevanja

prilagoditi izabranom naglavku i prečniku cevi. Uobičajeno je da proizvođači opreme ove podatke dostavljaju tabelarno.

U tabeli br.7. prikazani su parametri za zavarivanje PE- LD, prema preporukama DVS-a.


22/24

Prednost ovog postupka u odnosu na postupak zavarivanja sa toplim alatom je u većojnepropusnosti zavenog spoja , jer sam muf ojačava zavareni spoj. Dodatno ojačanje spoja predstavlja i sama elektrooporska spirala koja posle zavarivanja ostaje sa unutrašnje stranezavarenog spoja.

Kvalitet zavarenog spoja obično se kontroliše prema naboru ivice naglavka. Većina naglavaka

ima na krajevima udubljenja. Pokazatelj uspešnog zavarivanja je istisnuta omekšana masa utim udubljenjima.Modifikovan i usavršen postupak elektrootporskog polufuzijskog sučeonog zavarivanja cevi pri izgradnji gasovoda je elektrofuzioni postupak. Modifikacija se odnosi na spojnice ifitinge koji svojom konstrukcijom obezbeđuju veliku sigurnost i brzinu spajanja, ugradnjunovih elemenata, priključaka, i sl., a prilagođeni su i za popravke koje se, eventualno, morajuda izvedu na cevovodu. Posebnom konstrukcijom završnih kontakata, kod postupkazavarivanja, automatski se vrši prepoznavanje fitinga i postavljanje neophodnih parametara zadobijanje kvalitetnog spoja.

Na slici br.8. prikazana je oprema i uređaj za spajanje cevi ovim postupkom, u terenskim

uslovima, uključujući kontrolnu jedinicu.

Sl. br. 8: Elektrofuziono zavarivanje cevi


23/24

Na raspolaganju je oprema različitih proizvođača, a razlikuje se samo u dizajnu. Svi proizvođači, pored uređaja i opreme za zavarivanje, isporučuju i garniture alata koje sadržespecijalno konstruisane noževe, giljotine i druge naprave za rezanje, ravnjanje, a posebno zamontažu i centriranje .

Kval i tet zavarenih spojeva

Kvalitet zavarenih spojeva, kod ručnih postupaka zavarivanja, isključivo zavisi od obučenostii umešnosti operatera-zavarivača. Kod ostalih postupak a, kvalitet je u funkciji pravilnogizbora parametara, poštovanja uputstva proizvođača o načinu pripreme i rukovanja opremom iuređajima, te poštovanju tehnologije zavarivanja.

Metode i oprema za ispitivanje zavarenih spojeva od TPM se ne razlikuje od metoda i opremekoja se koristi za ispitivanje zavarenih spojeva od čelika. Koriste se, dakle, metode ispitivanjasa i bez razaranja (IBR).

Ispitivanja sa razaranjem obuhvataju, pre svega, ispitivanja zatezanjem i savijanjem. Koduzoraka cevi koje se koriste u izradi opreme pod pritiskom, primenjuju se i ispitivanja na

pritisak na povišenim temperaturama. Kod svih ispitivanja sa razaranjem, uobičajeno se rade paralelna ispitivanja na osnovnommaterijalu i na zavarenom spoju tog materijala. U zavisnosti od nač ina zavarivanja i vrstetermoplasta, u zavarenim spojevima se dostižu sledeće mehaničke karakteristike u odnosu naosnovni materijal: od 70% PVC-T, PVC-M do 100% za PE i PP.

Greške u zavarenim spojevima termoplasta definisane su nacionalnim standardima (na pr. DIN32502), a najbolji pristup obezbeđuje preporuka DVS 2201-1: Greške u zavarenim spojevimatermoplasta- opis, ocenjivanje. Grube greške, kao što su neprovaren koren, prsline uzavarenom spoju, poroznost, uključci, određuju se radiografskom ili ultrazvučnom metodomispitivanja. Nedovoljno uvarivanje / slepljivanje-nalepljivanje, sa najvećom tačnošću otkrivase vizuelnim pregledom, pri čemu se uočava nepravilan oblik, te se na taj način indirektnootkrivaju greške. Ove greške veoma je teško indentif ikovati pomenutim metodama ispitivanja.Pri kontrolisanju zavarenih spojeva, izgled spoja i njegova geometrija su najvažniji kriterijum.Greške koje se otkriju ultrazvučnim ispitivanjem ili prozračivanjem obično su veoma grube,tako da na tim mestima zavareni spoj ( cevovod, na.pr.) već propušta pri ispitivanju pritiskom. Pri utvrđivanju tehnologije spajanja TPM, u zavisnosti od postupka i preporuke proizvođačaopreme i elemenata, definišu se kriterijumi za vizuelno ocenjivanje sa dozvoljenimodstupanjima i kriterijumi prihvatljivosti grešaka čije se prisustvo određuje drugim metodamaIBR.

Provera stručne osposobjenosti zavarivača plastičnih masa definisana je standardom EN13067. Pristup proveri veštine zavarivača je skoro identičan pristupu primenjenom kodzavarivanja metalnih materijala.

Važno je napomenuti da je Evropska zavarivačka federacija (EWF) usvojila pravila za obukui sertifikaciju zavarivača plastičnih masa ( dokumenat br.EWF 416, odn. 581-01: GuidelineEuropean Plastic Welder). I u ovom dokumentu, analogno onima koji se odnose na zavarivačemetalnih materijala, način obuke i polaganja ispita je podeljen u nekoliko modula (konkretnoM1 do M5) zavisno od postupka spajanja i namene plastičnih masa. Modulom M4 je


24/24

obuhvaćeno zavarivanje PE cevi toplim alatom i elektrofuzijom koje se koriste za vodovode igasovode.

Kako svi evropski i međunarodni propisi i standardi koji regulišu i definišu ovu oblast, takosve veća i masovnija primena plastičnih cevi pri izgradnji odgovornih cevovoda i u našoj

zemlji, zahteva vrlo ozbiljan pristup pri projektovanju, preko izvođenja do ispitivanja ikontrolisanja kao i pri eksploataciji objekata od plastičnih materijala.

17. zavarivanje polimera

Documents