جوشکاری پلاستیکی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

جوشکاری پلاستیک برای مواد نیمه پلاستیکی به کار میرود و در ISO 472[۱] به عنوان یکنواخت سازی سطوح نرم شده مواد، به کمک گرما (به جز جوشکاری حلّال)، توصیف شده است. جوشکاری ترموپلاستیک ها در سه مرحله متوالی انجام می شود، آماده سازی سطح، اعمال گرما و فشار و خنک سازی. روشهای جوشکاری زیادی برای اتصال مواد پلاستیکی نیمه تمام(semi-finished) ایجاد شده است. بر اساس مکانیزم تولید گرما در فصل مشترک جوشکاری ، روش های جوشکاری برای ترموپلاستیک را می توان به عنوان روش های گرمایش خارجی و داخلی طبقه بندی کرد.[۲] همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

تولید یک جوش با کیفیت خوب فقط به روش های جوشکاری بستگی ندارد بلکه قابلیت جوشکاری مواد پایه را نیز دارد. بنابراین ، ارزیابی قابلیت جوشکاری پلاستیکها از اهمیت بیشتری نسبت به عملیات جوشکاری برخوردار است.

عکس. 1. طبقه بندی روشهای جوشکاری مواد پلیمری نیمه تمام(semi-finished). [۳] [۲]

تکنیک های جوشکاری

تعدادی از تکنیک هایی که برای جوشکاری محصولات نیمه تمام پلاستیکی استفاده می شود به شرح زیر است:

جوشکاری گاز داغ

جوشکاری گاز داغ که جوشکاری هوای گرم نیز گفته می شود ، یک روش جوشکاری پلاستیک با استفاده از گرما است. یک وسیله گرمایی ویژه که جوشکار هوای گرم نیز نامیده می شود ، جت هوای گرم تولید می کند که قطعات قابل اتصال را نرم می کند ، همه این پلاستیک ها باید از یک پلاستیک مشابه باشند. (جوشکاری پی وی سی به اکریلیک از این قاعده مستثنی است. )

جوشکاری هوای گرم / گاز یک روش ساخت معمول برای ساخت اقلام کوچکتر مانند مخازن شیمیایی ، مخازن آب ، مبدل های حرارتی و اتصالات لوله کشی است .

در مورد شبکه ها و فیلم ها ممکن است از میله پرکننده استفاده نشود. دو ورق پلاستیک از طریق یک گاز داغ (یا یک المنت حرارتی ) گرم می شوند و سپس روی هم سر میخورند. این نوع فرایند جوشکاری سریع است و می تواند به طور مداوم انجام شود.

میله جوشکاری

میله جوش پلاستیکی که به میله جوشکاری ترموپلاستیک نیز معروف است، میله ای با مقطع دایره ای یا مثلثی است که برای اتصال دو قطعه پلاستیک به یکدیگر استفاده می شود. آنها در طیف گسترده ای از رنگ ها برای مطابقت با رنگ مواد پایه در دسترس هستند. میله جوش پلاستیکی قرقره ای به "spline" معروف است.

نکته ی مهم طراحی و ساخت میله جوش پلاستیکی ، تخلخل ماده است. تخلخل زیاد منجر به ایجاد حباب هوا ( حفره ) در میله ها می شود که کیفیت جوشکاری را کاهش می دهد. از این رو بالاترین کیفیت میله های جوش پلاستیکی ، آنهایی هستند که دارای تخلخل صفر هستند ، که تقریباً وجود ندارد.

آب بندی حرارتی

آب بندی حرارتی فرایند آب بندی ترموپلاستیک به ترموپلاستیک دیگر با استفاده از گرما و فشار است. در روش تماس مستقیم آب بندی حرارتی از یک قالب دائمی یا میله آب بندی داغ استفاده می کنند تا گرما را به یک منطقه تماس برای جوشکاری ترموپلاستیک ها وارد کند. آب بندی حرارتی برای بسیاری از کاربردها از جمله اتصالات به وسیله ی گرما ، چسب های فعال شده با حرارت و آب بندی فیلم یا فویل استفاده می شود. برنامه های متداول برای فرایند آب بندی حرارتی: اتصالات مهر و موم گرما برای اتصال LCD ها به PCB در بسیاری از لوازم الکترونیکی مصرفی و همچنین در تجهیزات پزشکی و مخابراتی استفاده می شود. آب بندی حرارتی محصولات با چسب های حرارتی برای شفاف نگه داشتن محصولات الکترونیکی و سایر مجموعه های آب بندی شده از ترموپلاستیک یا دستگاه هایی است که در آن جوشکاری اولتراسونیک به دلیل الزامات طراحی قطعه یا سایر ملاحظات مونتاژ گزینه ی مناسبی نیست. از آب بندی حرارتی همچنین در ساخت فیلم آزمایش خون و محیط فیلتر برای خون، ویروس و بسیاری دیگر از دستگاه های نوار آزمایش استفاده می شود که امروزه در زمینه پزشکی بسیار پر کاربرد است. فویل های لمینت و فیلم های روی سینی های پزشکی ترموپلاستیک اغلب آب بندی میشوند، بطری ها و ظروف برای آب بندی و یا جلوگیری از آلودگی دستگاه های آزمایش پزشکی، سینی های جمع آوری نمونه و ظروف مورد استفاده برای محصولات غذایی بسته می شوند. [۴] ظروف انعطاف پذیر پزشکی و صنایع غذایی و یا ظروف انعطاف پذیر از آب بندی حرارتی برای جوشکاری محیطی مواد پلاستیکی کیسه ها یا برای آب بندی درگاه ها و لوله ها در کیسه ها استفاده می کنند. انواع مهر و موم کننده های حرارتی برای اتصال مواد ترموپلاستیک مانند فیلم های پلاستیکی در دسترس است : سیلر نوار گرم ، سیلر فشاری و غیره

جوشکاری آزاد

با جوشکاری آزاد ، جت هوای گرم (یا گاز بی اثر) روی ماشین جوشکاری به طور همزمان بر روی منطقه جوش و نوک میله جوش قرار می گیرد. با نرم شدن میله ، به داخل مفصل رانده می شود و به قسمت های مختلف می رسد. این روند کندتر از اکثر مراحل دیگر است ، اما تقریباً در هر شرایطی قابل استفاده است.

جوشکاری سرعتی(Speed tip welding)

با جوشکاری سریع ، ماشین جوشکاری پلاستیکی ، از نظر ظاهر و توان مشابه آهن لحیم کاری ، با یک لوله تغذیه برای میله جوش پلاستیکی مجهز شده است. نوک ماشین جوشکاری ، میله و سطح را گرم می کند ، در حالی که همزمان میله جوش مذاب را به موقعیت فشار می دهد، یک مهره از پلاستیک نرم شده در اتصال قرار می گیرد ، و قطعات و میله جوش ذوب می شوند. با برخی از انواع پلاستیک مانند پلی پروپیلن ، میله جوش ذوب شده باید با مواد پایه نیمه ذوب ساخته شده یا مخلوط شود. این تکنیک های جوشکاری با گذشت زمان بهبود یافته و بیش از 50 سال توسط سازندگان و تعمیرکاران پلاستیکی حرفه ای در سطح بین‌المللی مورد استفاده قرار گرفته اند. روش جوشکاری با نوک سرعت یک روش جوشکاری سریعتر است و با تمرین می توان در گوشه های تنگ از آن استفاده کرد. نسخه ای از"اسلحه" نوک سرعت اساساً یک آهن لحیم با نوک پهن و پهن است که می تواند برای ذوب اتصال جوش و مواد پرکننده برای ایجاد پیوند استفاده شود.

جوش اکستروژن

جوش اکستروژن امکان استفاده از جوش های بزرگتر را در یک جوش تنها فراهم می کند. این روش ترجیحی برای اتصال مواد بیش از 6 میلی متر ضخامت است میله جوشکاری به وسیله اکسترودر پلاستیکی دستی کوچک کشیده شده و به پلاستیک تبدیل می شود و در مقابل قطعاتی که از اکسترودر خارج می شوند به هم متصل می شوند و با جت هوای گرم نرم می شوند تا اتصال ایجاد شود.

جوشکاری تماس

این همان جوشکاری نقطه ای است با این تفاوت که گرما به جای هدایت الکتریکی با هدایت حرارتی نوک های پیچ تهیه می شود. دو قسمت پلاستیکی در جایی جمع می شوند که نوک های گرم شده آنها را خرج می کند ، ذوب شده و قطعات به هم متصل می شوند.

جوشکاری صفحه داغ

مربوط به جوشکاری تماسی ، این روش برای جوشکاری قطعات بزرگتر ، یا قطعاتی که دارای هندسه اتصال جوش پیچیده هستند ، استفاده می شود. دو قسمت جوشکاری شده در ابزار متصل به دو صفحه مخالف پرس قرار می گیرند. یک صفحه داغ ، با شکلی که با هندسه اتصال جوش قطعاتی که باید جوش داده شوند مطابقت دارد ، در موقعیت بین دو قسمت قرار می گیرد. دو صفحه مخالف قطعات را در تماس با صفحه داغ قرار می دهند تا جایی که گرما رابط ها را به نقطه ذوب پلاستیک نرم می کند. با رسیدن به این شرایط صفحه داغ برداشته می شود و قطعات به هم فشرده می شوند و نگه داشته می شوند تا زمانی که اتصال جوش سرد شود و دوباره جامد شود و پیوند دائمی ایجاد شود.

تجهیزات جوشکاری صفحه داغ به صورت پنوماتیک ، هیدرولیکی یا الکتریکی با سروو موتور کنترل می شوند.

این فرایند برای جوشکاری خودرو در زیر اجزای کاپوت ، اجزای تزئینی داخلی خودرو ، دستگاه های فیلتراسیون پزشکی ، اجزای لوازم خانگی مصرف کننده و سایر اجزای داخلی خودرو استفاده می شود.

جوشکاری بدون تماس

مشابه جوشکاری صفحه داغ ، جوشکاری غیر تماسی از منبع حرارت مادون قرمز برای ذوب کردن سطح جوش و نه صفحه گرم استفاده می کند. این روش از چسبیدن مواد به صفحه داغ جلوگیری می کند ، اما دستیابی به جوش های سازگار ، به ویژه در قطعات پیچیده هندسی ، گران تر و دشوارتر است.

جوشکاری با فرکانس بالا

جوشکاری با فرکانس بالا ، همچنین به عنوان آب بندی حرارتی دی الکتریک یا مهر و موم فرکانس رادیویی (RF) شناخته می شود ، فناوری بسیار پیشرفته ای است که از دهه 1940 وجود دارد. امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا در محدوده فرکانس های رادیویی می توانند برخی از پلیمرها را گرم کنند تا پلاستیک ها برای اتصال نرم شوند. پلاستیک های گرم شده تحت فشار با هم جوش می خورند. گرما در داخل پلیمر با تغییر جهت سریع از دو قطبی های شیمیایی پلیمر ایجاد می شود ، به این معنی که می توان حرارت را به صورت محلی در آورد و فرایند را به صورت مداوم انجام داد.

فقط برخی از پلیمرهای حاوی دو قطبی می توانند توسط امواج RF گرم شوند ، به ویژه پلیمرهایی که قدرت تلفات بالایی دارند. در این میان ، پی وی سی ، پلی آمیدها (PA) و استات ها معمولاً با این فناوری جوش داده می شوند. در عمل ، دو قطعه از مواد بر روی یک میز پرس قرار می گیرند که به هر دو سطح سطح فشار وارد می کند. از دای برای هدایت فرایند جوشکاری استفاده می شود. هنگامی که پرس ها به همدیگر می رسند ، امواج با فرکانس بالا (معمولاً 27.120مگاهرتز) از ناحیه کوچک بین قالب و میز محل جوشکاری عبور داده می شود. این فرکانس بالا (فرکانس رادیویی) پلاستیکی را که تحت فشار جوش داده می شود گرم می کند و شکل قالب را به خود می گیرد.

جوشکاری RF سریع و نسبتاً آسان است، تخریب سطحی از پلیمر ایجاد می کند که حتی لایه های ضخیم را جوش می دهد و بخار ایجاد نمی‌کند، به مقدار متوسطی انرژی نیاز دارد و می تواند جوش های ضد آب، هوا و باکتری تولید کند. پارامترهای جوشکاری عبارتند از: توان جوشکاری،(گرمایش و سرمایش) زمان و فشار، در حالی که دما به طور مستقیم کنترل نمی‌شود. برای حل برخی از مشکلات جوشکاری می توان از مواد کمکی نیز استفاده کرد. این نوع جوشکاری برای اتصال فیلم های پلیمری مورد استفاده در صنایع مختلف که به یک مهر و موم مقاوم در برابر نشت نیاز دارند، استفاده می شود. در صنعت پارچه، RF معمولاً برای جوشکاری PVC و پلی اورتان (PU) استفاده می شود. مواد دیگری که معمولاً با استفاده از این فناوری جوش داده می شوند، نایلون، PET ،PEVA ،EVA و برخی پلاستیک های ABS هستند. هنگام جوشاندن اورتان احتیاط کنید زیرا هنگام ذوب شدن گازهای سیانور آزاد می کند.

جوشکاری القایی

هنگامی که یک عایق الکتریکی ، مانند پلاستیک ، با ماده ای با هدایت الکتریکی بالا مانند فلزات یا الیاف کربن جاسازی شده باشد ، می توان جوشکاری القایی را انجام داد. دستگاه جوشکاری شامل یک سیم پیچ القایی است که با جریان الکتریکی فرکانس رادیویی انرژی می گیرد. که یک میدان الکترومغناطیسی تولید می کند که بر روی یک قطعه کار رسانای الکتریکی یا یک فرومغناطیسی عمل می کند. در یک قطعه کار رسانای الکتریکی ، اثر اصلی گرمایش، گرمایش مقاومتی است که ناشی از جریان های القایی به نام جریان گردابی است . جوشکاری القایی مواد ترموپلاستیک تقویت شده با فیبر کربن یک فناوری است که معمولاً در صنایع هوافضا به کار می رود. [۵]

در یک قطعه کار فرو مغناطیسی ، پلاستیک ها را می توان با فرمول بندی آنها با ترکیبات فلزی یا فرو مغناطیسی ، به نام حساس کننده ، جوش داد. این حساسیت ها انرژی الکترومغناطیسی را از یک سیم پیچ القایی جذب می کنند ، داغ می شوند و با هدایت حرارتی انرژی گرمایی خود را به مواد اطراف از دست می دهند.

جوشکاری تزریقی

جوشکاری تزریقی مشابه با جوشکاری اکستروژن است ، با این تفاوت که با استفاده از نکات خاصی در مورد جوشکار دستی ، می توان نوک آن را در سوراخ های نقص های سطحی پلاستیکی در اندازه های مختلف فرو برد و آنها را از داخل به بیرون وصل کرد. مزیت این جوشکاری این است که نیازی به دسترسی به پشت سوراخ نقص نیست. گزینه دیگر یک وصله است ، با این تفاوت که وصله را نمی توان با پلاستیک اصلی اطراف به همان ضخامت سنباده زد. PE و PP مناسب ترین نوع فرایند هستند. Injectiweld Drader نمونه ای از چنین ابزاری است.

جوشکاری التراسونیک

در جوشکاری اولتراسونیک فرکانس بالا (15 کیلوهرتز تا 40 کیلوهرتز) از ارتعاش با دامنه کم برای ایجاد گرما از طریق اصطکاک بین مواد مورد اتصال استفاده می شود. رابط دو قسمت به طور خاص برای تمرکز انرژی برای حداکثر مقاومت جوش طراحی شده است. از اولتراسونیک تقریباً می توان روی همه مواد پلاستیکی استفاده کرد. این نوع جوشکاری سریعترین فناوری آب بندی حرارتی موجود است.

جوشکاری اصطکاکی

در جوشکاری اصطکاکی ، دو قسمت مونتاژ شده با فرکانس پایین تر به یکدیگر مالیده می شوند (به طور معمول ۱۰۰-۳۰۰ هرتز) و دامنه بالاتر (معمولاً ۱ تا ۲ میلیمتر (۰٫۰۳۹ تا ۰٫۰۷۹ اینچ) ). اصطکاک ناشی از حرکت همراه با فشار بین دو قسمت گرما ایجاد می کند که باعث ذوب شدن مناطق تماس بین دو قسمت می شود. در این مرحله ، مواد پلاستیک شده شروع به تشکیل لایه هایی می کنند که با یکدیگر آمیخته می شوند ، بنابراین نتیجه آن جوشکاری محکم است. با اتمام حرکت ارتعاش ، قطعات تا زمانی که اتصال جوش خنک شوند و پلاستیک ذوب شده دوباره جامد شود ، در کنار یکدیگر قرار می گیرند. حرکت اصطکاک می تواند به صورت خطی یا مداری باشد و طراحی مشترک دو قسمت باید اجازه این حرکت را بدهد.

جوشکاری چرخشی

جوشکاری چرخشی شکل خاصی از جوشکاری اصطکاکی است. با استفاده از این فرایند ، یک جز با اتصال جوش ثابت می ماند ، در حالی که جز دیگر با سرعت بالا چرخیده و به جز ثابت فشار وارد می کند. اصطکاک چرخشی بین دو جز باعث تولید گرما می شود. هنگامی که سطوح اتصال به حالت نیمه گداخته می رسند ، ماده چرخشی به طور ناگهانی متوقف می شود. نیرو بر روی دو جز تا زمان خنک شدن و دوباره جامد شدن درز جوش حفظ می شود. این یک روش معمول برای تولید چرخ های پلاستیکی کم و متوسط است ، به عنوان مثال ، برای اسباب بازی ها ، چرخ دستی ها ، سطل های بازیافت و غیره. این فرایند همچنین برای جوشکاری دهانه های مختلف بندر به داخل خودرو در زیر اجزای هود استفاده می شود.

جوشکاری با لیزر

این تکنیک نیاز به انتقال یک قسمت به یک پرتوی لیزر دارد و یا قسمت دیگر جاذب یا یک پوشش در رابط است تا جذب پرتو شود. در حالیکه پرتوی لیزر در امتداد خط اتصال حرکت می کند ، دو قسمت تحت فشار قرار می گیرند. پرتو از قسمت اول عبور می کند و توسط قسمت دیگر یا پوشش جذب می شود تا گرمای کافی تولید کند تا واسط نرم شود و یک جوش دائمی ایجاد شود.

از لیزرهای دیود نیمه هادی به طور معمول در جوشکاری پلاستیک استفاده می شود. از طول موج در محدوده 808نانومتر تا 980 نانومتر می توان برای پیوستن به ترکیبات مختلف مواد پلاستیکی استفاده کرد. بسته به مواد ، ضخامت و سرعت فرایند مورد نظر به سطح توان کمتر از 1 وات تا 100 وات نیاز است.[نیازمند منبع]

سیستم های لیزر دیود دارای مزایای زیر در اتصال مواد پلاستیکی هستند[نیازمند منبع] :

  • تمیزتر از اتصال چسبنده
  • بدون میکرو نازل برای گرفتگی
  • بدون مایع یا بخار برای تأثیر بر روی سطح
  • بدون مواد مصرفی
  • توان عملیاتی بالاتر
  • می تواند به قطعه کار در هندسه های چالش برانگیز دسترسی پیدا کند
  • سطح بالای کنترل فرایند

لزومات اتصالات با مقاومت بالا شامل انتقال کافی از طریق لایه فوقانی ، جذب توسط لایه پایین، سازگاری مواد، طراحی مناسب اتصالات (فشار بستن ، ناحیه اتصال) و قدرت تراکم پایین تر است.[نیازمند منبع]

برخی از مواد قابل پیوند شامل پلی پروپیلن ، پلی کربنات ، اکریلیک ، نایلون و ABS هستند .[نیازمند منبع]

کاربردهای خاص شامل آب بندی، جوش یا اتصال: سوند کیسه های پزشکی, ظروف, کلید ریموت خودرو، پوسته های ضربان ساز قلب(پیس میکر) سرنگِ مفاصل، چراغ جلو یا عقب خودرو، پمپ بدنه و بخش هایی از تلفن همراه. [نیازمند منبع]

جوشکاری پلاستیکی لیزر شفاف

فناوری جدید لیزر فیبر امکان تولید طول موج های لیزر طولانی تر را فراهم می کند ، به طور معمول بهترین نتایج در حدود 2000 نانومتر است، که به طور قابل توجهی بیشتر از میانگین 808nm تا 1064nm لیزر دیود مورد استفاده برای جوشکاری لیزری پلاستیک است.[نیازمند منبع] از آنجا که این طول موج های طولانی تر از ترموپلاستیک ها راحت تر جذب می شوند تا تابش مادون قرمز جوشکاری مرسوم پلاستیک، امکان جوشکاری دو پلیمر شفاف و بدون رنگ و مواد افزودنی جذب کننده وجود دارد. کاربردهای متداول بیشتر در صنعت پزشکی برای دستگاه هایی مانند کاتتر و دستگاه های میکرو سیال وجود دارد. استفاده زیاد از پلاستیک های شفاف ، به ویژه پلیمرهای انعطاف پذیر مانند TPU ، TPE و PVC ، در صنعت دستگاه های پزشکی باعث می شود جوشکاری لیزر شفاف کاملاً طبیعی باشد. همچنین ، این فرایند نیازی به افزودنی یا مواد رنگی آزمایش شده ندارد و نیازهای سازگاری زیستی را به طور قابل توجهی آسان تر می کند.

جوشکاری حلال

در جوشکاری حلال ، از یک حلال استفاده می شود که می تواند به طور موقت پلیمر را در دمای اتاق حل کند. وقتی این اتفاق می افتد ، زنجیره های پلیمری آزادانه در مایع حرکت می کنند و می توانند با سایر زنجیره های مشابه حل شده در اجزا دیگر مخلوط شوند. با توجه به زمان کافی ، حلال از طریق پلیمر نفوذ کرده و از محیط خارج می شود ، به طوری که زنجیره ها تحرک خود را از دست می دهند. این یک توده جامد از زنجیرهای پلیمری درهم پیچیده را به وجود می آورد که یک جوش حلال را تشکیل می دهد.

این روش برای اتصال لوله های PVC و ABS معمولاً مانند لوله کشی های خانگی استفاده می شود. "چسباندن" بهم پیوستن مدلهای پلاستیکی (پلی کربنات ، پلی استایرن یا ABS) نیز یک فرایند جوشکاری حلال است.

دی کلرومتان (متیلن کلراید) می تواند پلی کربنات و پلی متیل متاکریلات را جوشکاری حلالی کند.دی کلرومتان ماده اصلی در برخی از سیمان های حلال است. [۶] پلاستیک ABS معمولاً با حلالهای استونی جوش داده می شود که اغلب به عنوان مواد رقیق کننده رنگ یا در ظروف کوچکتر به عنوان پاک کننده لاک ناخن فروخته می شوند.[نیازمند منبع]

جوشکاری با حلال یک روش معمول در ساخت پلاستیک است و توسط تولید کنندگان نمایشگرهای داخل فروشگاه ، نگهدارنده های بروشور ، موارد ارائه و پوشش های گرد و غبار استفاده می شود. یکی دیگر از کاربردهای محبوب حلال ها در بخش سرگرمی ، ساخت مدل از کیت های تزریق شده برای مدل های مقیاس هواپیما ، کشتی و اتومبیل است که عمدتاً از پلاستیک پلی استایرن استفاده می کنند.

تست جوش پلاستیکی

برای آزمایش جوش های پلاستیکی ، چندین مورد برای بازرسی و آزمون وجود دارد. علاوه بر این ، دو نوع مختلف از آزمایش کیفیت جوش وجود دارد. این دو نوع آزمایش مخرب و غیر مخرب است. آزمایش مخرب برای تعیین صلاحیت و تعیین کمیت اتصال جوش است در حالی که آزمایش غیر مخرب برای شناسایی ناهنجاری ها ، ناپیوستگی ها ، ترک ها و شکاف ها است. همانطور که از نام این دو آزمون پیداست، آزمایش مخرب بخشی را که در حال آزمایش است از بین می برد در حالی که آزمایش غیر مخرب امکان استفاده از قطعه را فراهم می کند. روش های مختلفی در هر یک از این انواع وجود دارد. در این بخش برخی از الزامات آزمایش جوش های پلاستیکی و همچنین انواع مختلف روش های تخریبی و غیر مخرب که برای جوشکاری پلاستیک قابل اجرا هستند و برخی از مزایا و معایب را مرور می کنند ، بیان می شود.

الزامات آزمایش

برخی از استانداردها مانند انجمن جوشکاری آمریکا (AWS) به افرادی با سطح توانایی بالا برای انجام آزمایش ها نیاز دارند. به عنوان مثال ، AWS G1.6 مشخصات صلاحیت بازرسان جوش پلاستیک برای گازهای گرم ، اکستروژن گاز داغ و جوشهای ترموپلاستیک تهویه ابزار گرم شده است. این استاندارد خاص حکم می کند که برای بازرسی از جوش های پلاستیکی ، بازرس به یکی از 3 سطح صلاحیت مختلف نیاز دارد. این سطح بازرس جوش پلاستیک (APWI) ، بازرس جوش پلاستیک (PWI) و بازرس جوش پلاستیک ارشد (SPWI) هستند. هر یک از این سطوح مسئولیت های متفاوتی دارند. به عنوان مثال ، APWI برای انجام بازرسی یا تهیه گزارش باید نظارت مستقیم بر PWI یا SPWI داشته باشد. این سه سطح مختلف صدور گواهینامه نیز دارای الزامات مختلف توانایی ، شرایط تحصیلات و شرایط آزمون هستند. بعلاوه ، آنها باید بتوانند این صلاحیت را هر 3 سال یکبار حفظ کنند. [۷]

آزمایش مخرب

تست خم

در آزمون خم از یک قوچ برای خم شدن کوپن تست به میزان دلخواه استفاده می شود. این تست در شکل 2 نشان داده شده است.

لیستی از حداقل زاویه های خمش و جابجایی برای مواد مختلف پلاستیکی را می توان در استاندارد DVS ، DVS2203-1 و DVS2203-5 یافت. برخی از سرعت های خمش ، زاویه خمش و اطلاعات تغییر مکان از DVS2203-1 در جدول 1 و جدول 2 نشان داده شده است.

شکل 2: تنظیم تست خم [۸]
جدول 1: سرعت خمش از مواد مختلف [۸]
مواد سرعت تست [میلی متر در دقیقه]
پلی اتیلن با چگالی بالا 50
پلی پروپیلن (PP-R) 50
پلی پروپیلن (PP-H ، PP-B) 20
پلی وینیلیدن فلوراید 20
پلی وینیل کلراید - پلاستیک نشده 10
جدول 2: زاویه خم شدن و جابجایی [۸]
ضخامت نمونه آزمایش s [mm] زاویه خم [درجه] جابجایی رم [میلی متر]
160 60
160 70
160 85
160 170
160 150

برخی از مزایای آزمون خمش ، ارائه داده های کیفی برای کشش ، فشار و برش است. این نتایج معمولاً به سطح اطمینان بالاتری در کیفیت اتصال و فرایند جوش منجر می شوند. در مقابل ، برخی از معایب آن این است که نیاز به چندین آزمایش دارد. معمولاً توصیه می شود حداقل از 6 نمونه آزمایش مختلف استفاده کنید. از دیگر معایب این است که مقادیر خاصی برای ارزیابی خط اتصال ارائه نمی‌دهد. علاوه بر این ، ممکن است تلاش زیادی برای تهیه قطعه برای آزمایش لازم باشد. این امر می تواند بسته به پیچیدگی قطعه باعث افزایش هزینه و برنامه شود. سرانجام ، مانند تمام آزمایش های تخریبی ، قطعه یا درز جوش تخریب می شود و نمی‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. [۹]

هنگام انجام تست کشش ، یک قطعه آزمایش کشیده می شود تا خراب شود. این آزمایش کمی است و در صورت داشتن کشش سنجهای نمونه ، نهایت مقاومت کششی ، کشش و همچنین انرژی حاصل از خرابی را فراهم می کند. علاوه بر این ، نتایج حاصل از آزمایش کششی قابل انتقال به آزمایش خزش نیست. [۱۰] سرعت کشیدن نمونه به ماده بستگی دارد. علاوه بر این ، شکل نمونه نیز حیاتی است. DVS2203-5 و AWS G1.6 منابع بسیار خوبی برای ارائه این جزئیات هستند. نمونه هایی از اشکال در شکل 3 تا شکل 5 نشان داده شده است. بعلاوه ، سرعت آزمایش برای هر ماده در جدول 3 نشان داده شده است.[۹]یک مزیت آزمون کشش این است که داده های کمی از جوش را برای هر دو درز جوش و مواد پایه فراهم می کند. بعلاوه ، انجام آزمون کشش آسان است. یک نقطه ضعف عمده این آزمایش میزان آماده سازی لازم برای انجام آزمایش است. عیب دیگر این است که عملکرد جوش طولانی مدت را فراهم نمی‌کند. علاوه بر این ، از آنجا که نوعی آزمایش مخرب است ، برای جمع آوری این داده ها ، قطعه از بین می رود. [۹]

شکل 3: نمونه آزمایش کشش ، شکل 1 [۱۰]
شکل 4: نمونه آزمایش کشش ، شکل 2 [۱۰]
شکل 5: نمونه آزمایش کشش ، شکل 3 [۱۰]
سرعت تست کشش برای پلاستیک های مختلف [۱۰]
مواد سرعت تست [mm / min]
پلی اتیلن
PP-R
PA 12
PP-H
PP-B
PVDF
PE ، رسانای الکتریکی
E-CTFE
PVC-U
PVC-C

تست ضربه

تست ضربه همچنین به عنوان تست ضربه کششی شناخته می شود ، از نمونه ای استفاده می شود که به صورت آونگ بسته می شود. نمونه آزمایشی مانند نمونه ای است که در شکل 4 نشان داده شده است. آونگ به پایین آن آویزان می شود و نمونه را روی سندان ضربه میزنند. این آزمایش امکان تعیین انرژی ضربه را برای درز جوش و مواد پایه فراهم می کند. علاوه بر این ، می توان با اندازه گیری طول نمونه پس از آزمون ، کشیدگی شکستگی دائمی را محاسبه کرد. مزیت اصلی این آزمون دستیابی به داده های کمی است. مزیت دیگر آن این است که راه اندازی آن آسان است. معایب آن این است که برای انجام این آزمایش نیز می تواند آمادگی زیادی داشته باشد. همچنین ، مانند آزمایش کشش ، عملکرد جوش طولانی مدت تعیین نمی‌شود و قطعه از بین می رود. [۹]

تست خزش

آزمایش خزش دو نوع است ، آزمایش خزشی کششی و آزمایش واماندگی بر اثر خزش. هر دو آزمایش خزش عملکرد جوش طولانی مدت نمونه آزمایش را بررسی می کنند. این آزمایش ها معمولاً در محیطی با دمای ثابت و تنش ثابت انجام می شود. این آزمون برای دستیابی به اطلاعات کافی جهت انجام تجزیه و تحلیل آماری ، حداقل به 6 نمونه نیاز دارد. [۱۱] این آزمون از آن جهت سودمند است که داده های کمی را در مورد عملکرد جوش طولانی مدت ارائه می دهد. با این حال ، معایب خود را نیز دارد.تلاش های زیادی برای تهیه نمونه و پیدا کردن آنها باید صرف شود. همچنین ، باید کنترل دقیق محیط آزمایش وجود داشته باشد. انحراف در دمای محیط باعث می شود که زمان شکست قطعه به علت خزش به شدت متفاوت شود. در بعضی موارد ، تغییر درجه حرارت 1 درجه سانتیگراد 13٪ بر زمان شکست خزش تأثیر می گذارد. [۹] سرانجام ، این آزمایش دوباره یک آزمایش مخرب است ، بنابراین با انجام این نوع آزمایش ، قسمت میزبان از بین می رود.

آزمایش غیر مخرب

آزمون بصری

همانطور که از نام آن پیداست، آزمون بصری یک تحقیق بصری در مورد جوشکاری است. بازرس معمولاً به دنبال علائم بصری مانند تغییر رنگ ، نقص جوش ، ناپیوستگی ، تخلخل ، بریدگی ، خراش و غیره است. به طور معمول بازرسی بصری برای معیارهای بازرسی واجد شرایط به دسته ها یا گروه های مختلف تقسیم می شود. این گروه بندی ها ممکن است از نظر استاندارد متفاوت باشد و هر گروه دارای نقص خاصی است که آنها را قابل قبول می دانند. 5 جدول و نمودار در DVS استاندارد DVS2202-1 وجود دارد که انواع مختلف نقص های معاینه بصری و معیارهای پذیرش مجاز آنها را نشان می دهد. [۱۲]

بازرسی بصری از این جهت که سریع ، آسان و ارزان است و برای انجام آن به ابزارها و اندازه گیری های بسیار ساده نیاز دارد ، بسیار سودمند است. از آنجا که سرعت آن بسیار زیاد است ، معمولاً قبل از انجام آزمایش غیرمخرب اضافی برای نمونه، باید یک آزمون بصری بعد از جوشکاری انجام دهید. در مقابل، بازرسی باید توسط شخصی انجام شود که دارای تجربه و مهارت زیادی باشد. بعلاوه ، این نوع آزمون هیچ داده ای در مورد کیفیت درز جوش نمی‌دهد. به دلیل هزینه پایین ، اگر مشکوک به قطعه ای باشید ، آزمایش را می توان بدون سرمایه گذاری اولیه انجام داد. [۱۳] [۹]

آزمایش اشعه ایکس

آزمایش اشعه ایکس پلاستیک ها مشابه جوشکاری فلزات است ، اما از شدت تابش کمتری نسبت به فلزات استفاده می کنند زیرا پلاستیک ها دارای چگالی پایین تری هستند. آزمایش اشعه ایکس برای یافتن عیوب موجود در زیر سطح استفاده می شود. این نقص ها شامل تخلخل ، اجزا جامد ، حفره ها ، ترک و ... است. اشعه ایکس تابش را از طریق جسم آزمایش شده به یک فیلم یا دوربین منتقل می کند. این فیلم یا دوربین یک تصویر تولید می کند. تراکم های مختلف جسم به صورت سایه های مختلف در تصویر نشان داده می شود و بنابراین محل نقص را نشان می دهد. یکی از مزایای اشعه ایکس این است که راهی برای نشان دادن سریع نقص های سطح و داخل اتصال جوش فراهم می کند. علاوه بر این ، از اشعه ایکس می توان روی طیف گسترده ای از مواد استفاده کرد. می توان از آنها برای ایجاد رکورد برای آینده استفاده کرد. یکی از معایب اشعه ایکس پرهزینه و پرمصرف بودن آن است. مورد دیگر این که نمی‌تواند در ارزیابی کیفیت درز جوش یا بهینه سازی پارامترهای فرایند استفاده شود. علاوه بر این ، اگر انقطاع به درستی با پرتو تابش مطابقت نداشته باشد ، تشخیص آن دشوار است. عیب چهارم این است که دسترسی به هر دو طرف قطعه مورد اندازه گیری مورد نیاز است. درنهایت ، به دلیل اشعه ای که در طی فرایند اشعه ایکس منتقل می شود ، خطر سلامتی ایجاد می کند.[۱۳][۹]

آزمایش اولتراسونیک

شکل 6: عیب یابی بازرسی اولتراسونیک.

آزمایش اولتراسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا که از جوش عبور می کنند استفاده می کند. اگر امواج به نشانه ای برخورد کنند منعکس شده یا شکسته می شوند. موج منعکس شده یا شکسته شده مدت زمان متفاوتی را که برای انتقال از فرستنده به گیرنده نیاز دارد ، در مقایسه با زمان وجود نشانه ای متفاوت خواهد داشت. این تغییر در زمان نحوه تشخیص نقص است. اولین مزیتی که آزمایش اولتراسونیک فراهم می کند این است که امکان تشخیص نسبتاً سریع نقص داخل اتصال جوش را فراهم می کند. این روش آزمایشی همچنین می تواند نقص را در اعماق قطعه تشخیص دهد. علاوه بر این ، می توان آن را فقط با دسترسی از یک طرف قسمت انجام داد. در مقابل ، چندین معایب استفاده از آزمایش اولتراسونیک وجود دارد. اولین مورد این است که نمی توان از آن برای بهینه سازی پارامترهای فرایند یا ارزیابی کیفیت درز جوش استفاده کرد. ثانیاً ، هزینه بر و پرمصرف است. همچنین برای انجام آزمون به تکنسین های مجرب نیاز دارد. سرانجام ، محدودیت های مواد با پلاستیک به دلیل محدودیت های انتقال امواج مافوق صوت از طریق برخی از پلاستیک ها وجود دارد.[۱۳][۹] شکل 6 نمونه ای از آزمایش اولتراسونیک را نشان می دهد.

آزمایش حفره ولتاژ بالا

تست ولتاژ بالا به آزمایش جرقه معروف است. در این نوع آزمایش از محیط رسانای الکتریکی برای پوشاندن جوش استفاده می شود. پس از پوشش دهی جوش ، جوش در معرض یک میله ولتاژ بالا قرار می گیرد. این آزمایش نشانه ای از سوراخ در جوش را هنگام مشاهده قوس از طریق جوش نشان می دهد. این نوع آزمایش از آن جهت سودمند است که امکان تشخیص سریع نقص داخل درز جوش را فراهم می کند و شما فقط باید به یک طرف جوش دسترسی داشته باشید. یک نقطه ضعف در این نوع آزمایش این است که راهی برای ارزیابی کیفیت درز جوش وجود ندارد. علاوه بر این ، جوش باید با مواد رسانا پوشانده شود.[۹]

تست تراکم نشت

در آزمایش تراکم نشت یا آزمایش نشت،با فشار مایع یا گاز قطعه را تحت فشار قرار می دهند. این نوع آزمایش به طور معمول بر روی لوله ها ، کانتینرها و شناورها انجام می شود. روش دیگر برای آزمایش نشت اعمال خلا بر روی آن است. یکی از مزایای آن این است که یک روش سریع برای شناسایی نقص جوش است. علاوه بر این ، می توان آن را روی چندین ماده و اشکال مختلف استفاده کرد. از طرف دیگر ، دارای عیوبی هم است. اولاً ، راهی برای ارزیابی کیفیت درز جوش وجود ندارد. ثانیاً ، اگر در هنگام آزمایش بیش از حد تحت فشار قرار گیرد ، خطر انفجار با آن همراه است.و در نهایت به ساختار لوله ها محدود هستند.[۹]

جستارهای وابسته

  • بوتانون
  • الکتروفیوژن
  • سیلر حرارتی
  • قابلیت جوشکاری برای قطعات نیمه تمام پلیمری
  • جمع شدن ترموپلاستیک

منابع

 

  1. "Plastics-Vocabulary". ISO 472 International Organization for Standardization. Switzerland. 1999.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Vijay K. Stokes (1989). "Joining methods for plastics and plastic composites: An overview". Polymer Engineering & Science. 29 (19): 1310. doi:10.1002/pen.760291903. ISSN 1548-2634.
  3. Balkan, Onur; Demirer, Halil; Ezdeşir, Ayhan; Yıldırım, Hüseyin (2008). "Effects of welding procedures on mechanical and morphological properties of hot gas butt welded PE, PP, and PVC sheets". Polymer Engineering and Science. 48 (4): 732. doi:10.1002/pen.21014. ISSN 1548-2634.
  4. Crawford, Lance (January–February 2013). "Port Sealing: An Effective Heat Sealing Solution". Plastic Decorating Magazine.
  5. "Induction Welding of Reinforced Thermoplastics". KVE composites group. Archived from the original on 2015-06-23.
  6. "SDS: SCIGRIP 3 Solvent Cement for Bonding Acrylics" (PDF). Retrieved 16 November 2019.
  7. AWS Standard G1.6:2006, “Specification for the Qualification of Plastic Welding Inspectors for Hot Gas, Hot Gas Extrusion, and Heated Tool Butt Thermoplastic Welds.” 1st Edition. American Welding Society.
  8. ۸٫۰ ۸٫۱ ۸٫۲ DVS 2203-5 – Testing of welded joints of thermoplastic materials: Technical Bend Test (1999). DVS-Media GmbH Düsseldorf/Germany
  9. ۹٫۰ ۹٫۱ ۹٫۲ ۹٫۳ ۹٫۴ ۹٫۵ ۹٫۶ ۹٫۷ ۹٫۸ ۹٫۹ Plastics and composites welding handbook. Grewell, David A., Benatar, Avraham., Park, Joon Bu. Munich: Hanser Gardener. 2003. ISBN 1569903131. OCLC 51728694.
  10. ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ ۱۰٫۲ ۱۰٫۳ ۱۰٫۴ DVS 2203-2 – Testing of welded joints between panels and pipes made of thermoplastics – Tensile Test (2010) DVS-Media GmbH Düsseldorf/Germany
  11. DVS 2203-4 – Testing of welded joints of thermoplastic panels and pipes – Tensile creep test for resistance to slow crack growth in the two notch creep test (2NCT) (2016). DVS-Media GmbH Düsseldorf/Germany
  12. DVS 2202-1 – Imperfections in thermoplastic welding joints; features, descriptions, evaluation (1989). DVS-Media GmbH Düsseldorf/Germany
  13. ۱۳٫۰ ۱۳٫۱ ۱۳٫۲ Plastics and composites welding handbook. Grewell, David A., Benatar, Avraham., Park, Joon Bu. Munich: Hanser Gardener. 2003. ISBN 1569903131. OCLC 51728694.

سایر مراجع