Základy extruzního svařování Princip svařování Postatou metody je ohřev základního materiálu horkým plynem a vytlačování zplastikovaného přídavného materiálu do svařovací zóny obvykle pod tlakem. Svařuje se pomocí druhově shodného přídavného materiálu, který se vytlačuje jako proud taveniny z plastikační jednotky extrudéru. Přídavný materiál je tak zcela homogenní a dokonale zplastifikovaný. Pro správné vytvoření tlaku je nutné aby byl přídavný materiál přitlačován do svarové zóny, což se děje různými způsoby podle jednotlivých postupových variant.
Materiály a svařované polotovary Metodou svařování vytlačováním horkým plynem spojuje velká skupina polotovarů z termoplastů. Potrubí, atypické potrubní tvarovky, konstrukce z desek, utěsňovací pásy, nejčastěji z materiálů PP,PE, ale i z PVC a PVDF. Touto metodou se také provádějí opravy plastových dílů automobilů, motocyklů apod.
Stroje a nástroje pro svařování horkým plynem •
Stroje pro svařování
Kontrukční řešení strojů pro svařování vytlačováním se odvíjí od postupové varianty vytlačovacího svařování. Základem každého svařovacího stroje zůstává plastikační jednotka, tj. vyhřívaný válec se šnekem nebo pístem, kde dojde k ohřevu přídavného materiálu na nastavenou svařovací teplotu a jeho homogenizaci. Vytlačení přídavného materiálu do svarové zóny se většinou děje pomocí přítlačné botičky, u některých konstrukcí se přídavný materiál pěchuje ručně, nebo je součástí stroje přítlačný válečkový systém. V případě tlaku botičkou se tlak vyvozuje váhou extrudéru, proto je nutno při svařování „v pozici“ (kolmo nebo nad hlavou) vyvinout stejný tlak silou. Současně s vytlačováním zplastikovaného přídavného materiálu a vyvíjením tlaku ve svaru je nutný předehřev základního materiálu většinou horkým plynem, nebo jiným tepelným zdrojem. •
Předehřívací trysky
Pro ohřev základního materiálu horkým plynem se vedle vytlačovací hubice montují v některých variantách pevně stavitelné trysky, někdy se ohřev provede horkovzdušnou svářečkou nebo tepelným zářičem. Pokud je u některého extrudéru namontovaná ohřívací tryska, musí splňovat podmínku ohřevu základního materiálu v célé šířce svarové zóny, a musí být výškově stavitelná podle velikosti svařovacích botiček. •
Svařovací botičky
Zvláštní význam při vytlačovcím svařování mají svařovací botičky, které u většiny variant postupu svařování zajišťují svařovací tlak. Pouze správně tvarované a zhotovené, geometrii svaru přizpůsobené svařovací botičky vedou k dobrým výsledkům svařování. To znamená, že pro každý typ svaru musí být použita vhodná botička.
Všeobecně se požaduje, aby svařovací botičky byly z teplovzdorného antiadhezivního materiálu s nízkou tepelnou vodivostí. Obvykle se zde používá PTFE. Svým tvarem mají zabraňovat vytlačování taveniny po stranách mimo svařovací spáru (opěrné přítlačné plochy) a vpředu vytlačování taveniny před botičku (nos). Stlačováním taveniny mají botičky vyvozovat svařovací sílu (tlaková zóna extrudátu).
Ve směrnici DVS 2207 – díl 4 jsou uváděny údaje ke konstrukci svařovacích botiček Rozměry v tabulce plati pro rychlost svařování do 200mm/min.
Ostatní nástroje pro svařování Potřebné nástroje pro opracování svarových ploch jsou stejné jako u svařování horkým plynem a přídavným materiálem. Navíc je důležité použít jehlu pro zkoušku vpichem a kombinační kleště pro zkoušku plastifikace a homogenity přídavného materiálu. Pro některé varianty postupu svařování se používají přítlačné nástroje k vyvození svařovacího tlaku, u variant svařování botičkou se tyto nástroje používají ve špatně přístupových místech pro dotlačení extrudátu, např. v rozích.
Požadavky na svařovací stroje V ČR převážně svařovací přístroje zahraniční výroby, které jsou konstruovány podle směrnic DVS 2209 – díl 1 a DVS 2207 – díl 4 „Extruzní svařování“. Musí splňovat požadavky platných předpisů bezpečnosti práce.
Přídavné materiály a plyny pro svařování Dráty a granuláty na svařování je nutno před použitím vysušit, případně dráty odmastit. Přídavný materiál má mít teplotu základního materiálu. Svařovací plyn nesmí obsahovat vodu, prach nebo olej. Nejčastěji používaným plynem je vzduch. Jak již bylo uvedeno u některých variant se plochy ohřívají sáláním.
Postupy svařování extrudérem Základní rozdělení podle variant Ve srovnání se svařováním horkým plynem se dosahuje kratších pracovních časů při vysoké jakosti svarů a velkého objemu vyplnění svarové plochy. To platí beze zbytku u všech variant postupu svařování extrudérem, přičemž u některých variant jsou výkony větší. Dle směrnice DVS 2209 díl 1 se dělí postupy na kontinuální a diskontinuální.
Příprava svařování extrudérem Tak jako u všech metod svařování se provede kontrola pracoviště se zřetelem na dodržování podmínek BOZ a PO, kontrola svařovacího zařízení (elektrické přívody, čistota trysek a botiček, měření teploty) a kontrola vzhledem k vnějším podmínkám. Nevhodné vlivy okolí vyžadují dodatečná přípravná opatření. Dále jsou shnuty některé z těchto vlivů, jejich působení a doporučená protiopatření.
• Příprava materiálu U svařovaného základního materiálu se provedou běžné kontroly (svařitelnost, vrypy, praskliny, znečištění) a spojovací plochy svařovaných dílů včetně přilehlých ploch v oblasti překrytí svarovou housenkou se bezprostředně před svařováním třískově opracují. Účelně se to provede škrabkou nebo vhodným třískovým nástrojem. Díly poškozené na povrchu vlivy povětrnosti nebo chemikálií musí být opracovány až na nepoškozenou vrstvu. Zvláště se na takové opracování musí dbát při opravářských pracích. Důležité je chemické očištění svarových ploch. Nesmějí se používat čisticí prostředky, které působí rozpouštění nebo bobtnání materiálu, vyhovuje isopropylalkohol. K vyrovnání větších teplotních rozdílů mezi svařovanými díly se tyto dostatečně dlouho před úpravami a provedením svařovacích prací uloží za stejných podmínek na pracovišti – temperování (platí to obzvláště v zimě, pokud ve skladě polotovarů panuje venkovní teplota). U přeplátovaných spojů fólií s převýšeným svarem je nutné provést úpravu zkosením.
•
Seřízení technologických parametrů před svařováním
Svářeč před svařováním nastaví svařovací parametry na zkušebním svaru z identického materiálu jako je materiál svařovaný, zkontrolujte homogenitu a plasticitu přídavného materiálu: - teplota plastikovaného přídavného materiálu se měří zapichovacím nebo infračerveným teploměrem v bezprostřední blízkosti svařovací botičky - teplota plastikované zóny na základním materiálu je těžko měřitelná během procesu svařování. Proto se v praxi nejčastěji před svařováním provádí tzv. „jehlová zkouška“, která se zabezpečí jehlou o ploše hrotu 1 mm². Základní materiál lze považovat za zplastifikovaný, pokud se jehlu podaří vpíchnout do hloubky minimálně 0,5mm. Pokud chceme měřit teplotu i během svařování je vhodné opět použít zapichovací teploměr - kontrola homogenizace a plastikace přídavného materiálu se provede zachycením části vytlačeného extrudátu za botičku do plochých kleští a jeho protažení. Plastikace je dostatečná pokud se extrudát netrhá a protahuje se rovnoměrně - teplota horkého plynu je dostatečná pokud se měří na předehřevu v trysce asi 10-15mm před jejím ústím - prosazení přídavného materiálu z extruderu (údaje v kg/h) se zjistí vážením vystupujícího proudu hmoty během časového intervalu a přepočítá se na hodinu - množství horkého plynu (údaje v l/min) jsou měřitelné pomocí průtokoměru - svařovací rychlost je odvislá od výkonu extrudéru a objemu svaru (údaje v mm/min). Provádí se měření svařené dráhy v časovém intervalu a přepočtením se získá údaj (v mm/min) •
Zkouška přilnavosti při extruzním svařování
Tato zkouška slouží k ustanovení vhodnosti ke svařování přídavného a základního materiálu. Zkouška se provádí dle směrnice DVS 2201 díl 2. Na styčnou plochu dvojice desek se extrudérem nanese svařovací housenka. Používá se k tomu speciální botička bez nosu. Bezprostředně před svařováním se oblast ve které bude nanášen svar třískově obrobí (např. škrabkou)
Svařuje se kus dlouhý asi 200mm. Po ochlazení se ze středu svaru vyříznou asi 6mm široké pruhy a přehnou přes nesvařené místo styku svařovaného spojení. Lom přitom musí jít svarem. Spojované plochy se nesmějí oddělit (odstřihnout povrch spojovaných dílů od přídavného svařovacího materiálu)
Technologické podmínky po svařování extrudérem Svar musí samovolně chladnout bez nuceného ochlazování studenou vodou nebo vzduchem. Pro docílení rovnoměrnějšího chladnutí je dobré přikrývat svar izolační tkaninou nebo fólií. Částečně lze svary namáhat až za 60 – 120 min. dle tloušťky materiálu, nestanoví-li technologický postup jinak. Montáž a kompletace svařenců se provádí až po úplném zchladnutí svaru, stejně jako skružování. •
Dodatečné opracování svaru
Zpravidla není dodatečné opracování svaru zapotřebí. Extruzní svary mají mít stejnoměrně hladký povrch a bezchybně svařené okrajové zóny. Rovněž je přepokladem pro hodnotné svařované spojení bez vrubů a svar provařený do kořene (případně se může po příslušném opracování podložit kořenovou housenkou horkým plynem s přídavným materiálem) Podle tvaru svařovací botičky, tvaru svaru a stávajících geometrických nepravidelností svařovaných dílů se nedá vždy zabránit, aby po straně těsnící plochy svařovací botičky nevystupoval extrudát. Tím vznikají přetoky s vytlačenými výronky. Tyto nemají žádné spojení se základním materiálem a vedou připadně ke zvýšeným napětím v této oblasti svaru. Musí se proto odstraňovat bez poškození svaru.
Tvary svarových ploch Tvar a rozměry svaru jsou závislé na materiálu, jeho tloušťce a druhu styku. Obecně se provádějí jednovrstvé svary,podle potřeby se mohou provádět i vícevrstvé svary. Obvyklé tvary svarových ploch uvádí směrnice DVS 2207 díl 4 a 2209 díl 1, pro konstrukci nádrží směrnice DVS 2205 – díl 3 a pro svary na fóliích směrnice DVS 2225. Příklady jsou na obrázcích. Pro plášťové trubky jsou tvary svarů uvedeny ve směrnici DVS 2207 – díl 5. •
Tupé svary
U tupých styků V-svarů nebo oboustranných V-svarů (DV svary) je nutné dbát následujících zásad: - úhel rozevření: - šířka otevření „b“: - šířka spáry v oblasti kořene: - oblast překrytí „z“:
45-90ºC, závislý na tloušťce desky omezit na cca 30mm cca 2mm ≥ 2mm
•
Koutové svary
•
Přeplátované svary – potrubí
U tohoto provedení se počítá se vzduchovou mezerou, která je závislá od tloušťky stěny, má ale být nejméně a=1mm a m umožňovat dostatečné zahřátí a provaření. Použití pro konstrukční díly, např. stavbu potrubí.
•
Přeplátované svary – fólie
Použití pro utěsňovací pásy dle DVS 2225.
Parametry svařování extrudérem Svařovací parametry tj. teplota, tlak a čas (rychlost svařování) se před začátkem svařování musí sladit tak, aby byla s jistotou zaručena minimální hloubka natavení 0,5mm. Zkontrolované parametry se mohou zaznamenat do svařovacího protokolu. Spojovací plochy se zahřívají na svařovací teplotu horkým vzduchem nebo zářením. Teplota vzduchu na předehřívání je zpravidla 1,5-2krát vyšší než teplota taveniny.Kontrola natavení se může provést jehlovou zkouškou. Parametr tlak zajišťuje tvarová svařovací botička, přítlačné nářadí nebo přítlačné válečky.
1) 2) 3) 4)
pokud by se měl svařovat tlustší materiál, svaří se na více vrstev měřeno vpichovým teploměrem na výstupu extrudátu ze svař. extrudéru měřeno mezi rovinou výstupu trysky a 5mm v trysce nasátý studený vzduch při asi 20 ºC a atmosférickém tlaku ve stavu připraveném k provozu. Při zásobování vzduchem z rozvodu stlačeného vzduchu se tlak vzduchu měří za měřidlem množství vzduchu a dbá se na přepočítání tlaku, příp. množství.
Chyby postupu při svařování extrudérem Chyby postupu jsou prakticky stejné jako u svařování horkým plynem a přídavným materiálem, přesto nejčastěji heslovitě uvádíme: • • • • • • • •
chybný výběr svařovaných dílů (materiál, kvalita) svařování nestejných materiálů (svařitelnost) nedodržení tolerancí a úhlů svarových ploch nedostatečné chemické očištění svařovaných ploch chybně nasavená teplota extrudátu a předehřívacího vzduchu vlhký a znečištěný přídavný materiál prudké ochlazení svaru předčasné mechanické namáhání svaru
