Technologia zgrzewania tworzyw sztucznych promieniami podczerwonymi - technika i obszary zastosowań -

; Wstęp ^; "-;—r" ——---—--•---^---

Wymóg uzyskiwania wysokiej wytrzymałości mechanicznej i wysokiej jakości wykonywanych połączeń oraz ich powtarzalno­ści przy budowie rurociągów ciśnieniowych w instalacjach prze­mysłowych jest dla ludzi techniki wyzwaniem, z którym zmie­rzyła się firma Georg Fischer. W roku 1992 firma Georg Fischer wprowadziła na rynek nową technologię zgrzewania tworzyw sztucznych z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. Głównymi zaletami tej bezdotykowej metody są: równomierne stapianie łączonego materiału, zmniejszenie wypły wek oraz uzy­skiwanie dużej wytrzymałości i powtarzalności.

Technika

Co stanowi różnicę pomiędzy zgrzewarkami na podczer­wień a znanymi dotychczas konwencjonalnymi zgrzewarkami doczołowymi?

Przekazywanie ciepła

Przekazywanie ciepła w konwencjonalnych metodach zgrze­wania doczołowego lub polifuzyjnego wymaga bezpośrednie­go kontaktu elementu grzejnego z materiałem.

Nośnikami energii są obydwa ciała stałe - element grzejny

W bilansie energetycznym emitowanego promieniowania promiennika nieużyteczne są straty promieniowania, promie­niowanie odbite oraz przepuszczone. Jedynie promieniowanie absorbowane zostaje przekształcone w ciepło.

Opatentowana przez firmę Georg Fischer konstrukcja pro­miennika zapewnia wysoki oraz stały stopień emisji ciepła podczas pracy.

W przypadku tradycyjnego zgrzewania doczołowego tem­peratura na powierzchni czołowej rury podnosi się w krótkim czasie do temperatury elementu grzejnego; spada ona jednak bardzo szybko w miarę oddalania się od tej powierzchni brze­gu rury w wyniku specyficznej przewodności cieplnej two­rzyw sztucznych.

proces wyrównywania

czas stapiania 160 sęk.

200 ••

0.0 powierzchnia czołowa rury

9 150 l 100

l

Q)

f -——-V—

w mm:

0.5

50-L

temperatura pokojowa RT

•tt* odległość powierzchni granicznych _^-——""^ _^-X-
V 150 ••____ -^-*^ ——-~~~\.

kształtka Rys. 1. Przewodzenie ciepła

T2

kształtka Rys. 2. Promieniowanie cieplne

oraz uplastyczniona rura lub kształtka. Na powierzchni gra­nicznej występuje tylko jedna temperatura T_r

W przeciwieństwie do tego w procesie zgrzewania przy uży­ciu promieniowania podczerwonego brzegi rur są nagrzewane i uplastyczniane bezdotykowo. To promieniowanie cieplne jest nam znane dzięki obecności słońca. Nośnikami energii są tu fale elek­tromagnetyczne o długości od 800 do 40000 nm. W strefie gra­nicznej napotyka się dwie temperatury: T₂ - bardzo wysoką tem­peraturę promiennika oraz T_l - temperaturę łączonego materiału.

Wysokość temperatury promiennika wywiera wpływ jedy­nie na intensywność promieniowania oraz na długość fal pro­mieniowania. Im wyższa temperatura T₂ - tym wyższa inten­sywność promieniowania oraz krótsze fale.

——— l ——— l ——— 1 ——— 1 —

20

40 60 80

Czas [s]

100 120 140 160 180

Rys. 3a. Przebieg temperatur podczas konwencjonalnego

zgrzewania doczołowego elementem grzejnym (HS) rur PP

o grubości ścianki 10 mm (temperatura elementu grzejnego 195°C)

czas stapiania 113 sęk.

odległość powierzchni granicznych

200 ••

£-, 150 os

100 --

50 -•

w mm:

120

20

80

100

40 60
Czas [s]

Rys. 3b. Przebieg temperatur podczas bezdotykowego zgrzewania

promieniowaniem podczerwonym (IR) rur PP o grubości ścianki

10 mm (temperatura elementu grzejnego 350°C)

Thomas Steiert - GEORG FISHER, Schaffhausen (Szwajcaria)

46

Nr 3/98

BIULETYN INSTYTUTU SPAWALNICTWA

---