Spawanie

1. Definicja

Spawaniem nazywa się łączenie uplastycznionych krawędzi tworzyw sztucznych za pomocą dodatkowego materiału w postaci pręta spawalniczego. Proces odbywa się bez wywierania nacisku wzajemnego łączonych elementów.

Największe znaczenie ma proces spawania w strumieniu gorącego gazu przy użyciu prętów spawalniczych spełniających rolę spoiwa. Znajduje on zastosowanie głównie do spawania elementów z twardego PVC, rzadziej zmiękczonych poliolefin, poliamidów i polimetakrylanu metylu. Najczęściej stosowanym nośnikiem ciepła jest sprężone powietrze, które nie powinno zawierać oleju i wody. Do spawania tworzyw, podatnych na utlenianie w podwyższonej temperaturze, używa się obojętnego gazu (zwykle azotu). Pręty spawalnicze są wykonywane z tego samego tworzywa co łączone elementy. Jedynie do spawania polimetakrylanu metylu stosuje się również pręty wykonane z zmiękczonego PVC. Umożliwiają one uzyskanie większej wytrzymałości połączenia niż pręty z PMMA.

1. Charakterystyka złącz spawanych

Rodzaje połączeń spawanych tworzyw przedstawiono na rysunku:
Rodzaje połączeń spawanych: a) doczołowe, b) zakładkowe, c) nakładkowe, d) teowe, e) krzyżowe, f) ukośne, g) kątowe.
Z pokazanych połączeń nie zaleca się stosować połączeń zakładkowych i nakładkowych podczas łączenia części grubych, powstaje bowiem wówczas niekorzystny rozkład naprężeń przy obciążeniu połączeń. Omawiane połączenia spawane można wykonać za pomocą różnych rodzajów spoin (rysunek II), np. połączenie doczołowe może być wykonane za pomocą spoiny V lub spoiny X, połączenia teowe - za pomocą spoiny pachwinowej lub spoiny K. Wybór rodzaju połączenia i spoiny oraz jej wymiarów zależy przede wszystkim od konstrukcji połączenia, rodzaju i wartości przenoszonych obciążeń i powstających naprężeńpospawalniczych.
Rodzaje spoin: a) spoina V, b) spoina X, c) spoina pachwinowa, d) spoina HV, e) spoina K.

1. Urządzenia do spawania

Do ręcznego spawania tworzyw gorącym powietrzem używa się głównie palników zasilanych elektrycznie. W mniejszym zakresie stosowane są palniki gazowe. Palniki elektryczne są ogrzewane spiralami oporowymi o mocy 250-500 W. Do palników gazowych stosuje się acetylen, gaz ziemny, płynny gaz propan-butan. Palniki są zasilane sprzężonym powietrzem o ciśnieniu 5-40 kPa, którego zużycie wynosi 1,2-2 m3/h. Aby zwiększyć wydajność procesu i polepszyć jakość wykonywanych złączy stosuje się coraz częściej zmechanizowane, półautomatyczne i automatyczne urządzenia do spawania. Mechanizacja i automatyzacja dotyczą takich czynności, jak podawanie, podgrzewanie i prowadzenie pręta spawalniczego oraz przesuw palnika.

1. Techniki spawania

Przygotowanie elementów do spawania obejmuje takie operacje i zabiegi, jak wycinanie wykrojów z płyt i twardych folii, przecinanie rur i ukosowanie krawędzi. W przypadku elementów przeznaczonych do spawania czołowego obrabia się ich krawędzie w celu ułatwienia dostępu ciepła do dolnych warstw spajanego materiału. Przy wykonywaniu spojeń czołowych ukosuje się powierzchnie łączonych elementów zwykle pod tym samym kątem (30°-35° dla PVC, PP i PMMA i 20-25° dla PA). Jedynie przy spajaniu elementów o różnej grubości, cieńszemu elementowi jest nadawany mniejszy, a grubszemu większy kąt tak, by np. w przypadku spawania PVC tworzyły one w sumie 60-70°. Spajając elementy o grubości powyżej 2 mm nakłada się kolejno kilka warstw spoiwa, gdyż wypełnienie nim całej objętości rowka w jednej operacji jest niemożliwe, z uwagi na ograniczony czas nagrzewania. Aby uzyskać spoinę V o dobrych właściwościach wytrzymałościowych, należy wypełnić jej dno cieńszym prętem a resztę rowka grubszymi prętami. Liczba warstw spoiwa niezbędna do wypełnienia spoiny czołowej jest uwarunkowana grubością łączonych elementów. Ze względu na niebezpieczeństwo termicznego rozkładu spoiwa, ogrzewanie przy spawaniu powinno być możliwie jak najszybsze a zarazem efektywne. Pręt spawalniczy należy prowadzić zawsze prostopadle do spawanych powierzchni, wywierając przy tym nacisk odpowiednio do przekroju pręta. Dla pręta o przekroju kołowym i średnicy 2 mm, nacisk wynosi 5-8 N, a dla średnicy 5 mm - 20-26 N. Przy wahadłowym ruchu końcówki palnika powoduje się uplastycznienie termiczne końca pręta spawalniczego, który ugina się pod kątem prostym i wypełnia rowek. Prędkość przesuwania spoiwa wzdłuż rowka zależy od temperatury i grubości pręta.
Spawanie ręczne.