جوشکاری پلی اتیلن به روش لب به لب Butt fusion

جوشکاری پلی اتیلن به روش لب به لب Butt fusion

دستگاه جوش لب به لب

دستگاه جوش لب به لب

جوشکاری لوله و اتصالات پلی اتیلن به روش لب به لب Butt fusion

جوش پلی اتیلن به روش جوش لب به لب (Butt fusion ) یکی از ساده ترین شیوه های جوش در ترموپلاستیک ها بوده و در خطوط لوله وانشعاب گیری از مخازن پلی اتیلن دوجداره و …  بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. البته سادگی این جوش در شکل عملیات آن بوده ولی در مراحل مختلف انجام آن ، پیچیدگی های زیادی وجود دارد که تاثیر مستقیم و بسزادی بر روی استحکام اتصال خواهد گذاشت.

در ادامه این روش را از منظر علمی مورد بررسی قرار خواهیم داد :

تاثیر زمان و دما در فرایند جوش کاری پلی اتیلن 

بمنظور استحکام جوش و اتصال منتج از آن در یک خط لوله برای زمان حرارت دهی ( اتصال به صفحه داغ ) و زمان خنک کاری ( اتصال دو سطح به هم پس از ذوب ) بر اساس ضخامت لوله جداولی طراحی گردیده است .این جداول بر اساس  عایق بودن پلی اتیلن طراحی شده است و بر این نکته تکیه دارد که در یک فرآیند جوش تماس با یک سطح داغ و ذوب شدن سطح در تماس با آن لزوما باعث انتقال حرارت به یک فاصله در پشت این سطح نخواهد شد. در شکل 1 نمودار تغییرات دما با تغییرات فاصله و زمان از صفحه داغ در یک ترموپلاستیک نشان داده شده است .

همانگونه که دیده می شود در سمت راست این نمودار دمای صفحه داغ نمایش داده می شود و در سمت چپ زمان اندازه گیری دمای پلیمر با توجه به فاصله از صفحه داغ مشاهده می گردد.

جوش لب به لب پلی اتیلن

جوش لب به لب پلی اتیلن

مشکلات صفحه داغ

به عنوان مثال در شرایطی که دمای صفحه داغ عدد 160 درجه را نشان می دهد بعد از گذشت حدود 15 ثانیه در فاصله حدود 1 میلیمتری از صفحه داغ دما چیزی در حدود 60 درجه سانتیگراد می باشد که این دما حتی از میزان مورد نیاز نرم شدن پلیمر نیز پایین تر است.

حال اگر دمای صفحه داغ بر روی عدد 220 درجه سانتیگراد تنظیم شده باشد بعد از گذشت 120 ثانیه دمای پلیمر در فاصله 3 میلیمتری از صفحه داغ نهایتا به حدود 140 درجه می رسد که این دما هنوز از میزان لازم برای جوش و اتصال پلیمر بسیار پایین تر است.

نکته بیان شده در مثال فوق بسیار حیاتی و مهم بوده و اگر بعنوان عامل اصلی بسیاری از مشکلات موجود در این روش جوشکاری معرفی نگردد ، می تواند بعنوان یکی از مهمترین عوامل بروز این مشکلات بیان شود زیرا در یک فرایند جوش پلی اتیلن مناسب باید حتما یک فاصله مناسب از پلیمر برای ایجاد گرده (BEAD)  ذوب گردد درنتیجه اگر بر اساس ضخامت لوله مورد نظر ، زمان کافی و یا دمای کافی به پلیمر داده نشود قطعا میزان مورد نیاز از پلیمر برای ایجاد در هم رفتگی و ایجاد اتصال ذوب نشده و باعث عدم استحکام در اتصال بوجود آمده می گردد. همچنین یکی دیگر از مشکلاتی که در یک فرآیند جوش پلی اتیلن معمولا بوجود می آید بالا بردن دمای صفحه داغ در حین فرآیند جوش به منظور ذوب بیشتر و سریعتر پلیمر می باشد . در حالیکه همانگونه که در شکل مشاهده می گردد

جوش لب به لب پلی اتیلن

جوش لب به لب پلی اتیلن

بعنوان مثال هنگامی که دمای صفحه داغ بر روی 230 درجه تنظیم می گردد دمای پلیمر متصل به صفحه دقیقا با دمای صفحه برابر است ولی در فاصله 2 میلیمتری بعد از گذشت حدود 30 ثانیه دمای پلیمر نهایتا به حدود 100 درجه رسیده که بسیار از دمای مورد نیاز برای ذوب پلیمر پایین تر است و در این حالت دو مشکل اساسی برای قطعه پیش می آید.

مشکلات صفحه داغ در چوش پلی اتیلن

1-پلیمر در تماس با صفحه داغ بدلیل دمای بالا و مجاورت با هوا تخریب می گردد و این خود باعث می گردد حیاتی ترین قسمت که بار اصلی را در استحکام یک جوش بر عهده دارد دچار ضعف اساسی گردد.

2-پلیمر دور از صفحه بدلیل عدم انتقال حرارت کافی اصلا ذوب نشده و تاثیری در استحکام جوش بازی نکند .با توجه به موارد بیان شده دیده می شود که جوش پلی اتیلن که با روش فوق ایجاد گردد قطعا دچار ضعف بوده در طول زمان دچار مشکل خواهد شد. در شکل 2 تاثیر زمان جوش کاری بر روی استحکام یک جوش لب به لب دیده می شود همانگونه که مشاهده می گردد با افزایش زمان تماس مقاومت اتصال افزایش می یابد ولی بعد از یک زمان مشخص این مقاومت افت کرده و حتی از میزان تخصیص زمان ، کمتر از حد مورد نیاز نیز پایین تر می آید.

این پدیده به دو علت اتفاق می افتد 

اول آنکه تماس زیاد و طولانی مدت صفحه با پلیمر همانگونه که در بالا توضیح داده شد باعث تخریب مهمترین بخش اتصال می گردد و این خود عامل مهمی در ایجاد نقطه ضعف در فرایند جوش خواهد شد.

دومین عامل پدیده عجیبی است که در یک فرایند جوش پلی اتیلن لب به لب در اثر ذوب بیش از حد ناحیه جوش حتی بدون تخریب لایه اول اتفاق می افتد و آن اینست که همانگونه که می دانیم پلیمرها در اثر افزایش درجه حرارت ذوب می گردد و با بالا رفتن درجه حرارت ویسکوزینه آنها کاهش می یابد یعنی به عبارت دیگر با افزایش درجه حرارت سیال تر می گردند در نتیجه در اثر افزایش بیش از حد ناحیه ذوب ، فشار یکسان حاصل از گیره های دستگاه جوش پلی اتیلن و کاهش ویسکوزینه ناحیه مذاب از بین دو سطح در حال جوش به بیرون هل داده می شود و در ناحیه جوش دو سطح جامد با هم برخورد می نماید که در واقع جوشی انجام نشده است و بشدت آسیب پذیر خواهد بود و این می تواند عامل مهمی در ضعف یک جوش حتی با استفاده از زمان بالاتر برای انجام فرایند جوش باشد.

جوش لب به لب بسیار به عوامل اجرا و شرایط وابسته می باشد در نتیجه دقت بسیار زیادی را در نحوه انجام و نظارت بعد از آن طلب می کند تا جوشی سالم و استاندارد بوجود آید.

مراحل جوشکاری به روش جوش پلی اتیلن لب به لب Butt fusion 

  • ابتدا دو لوله در دو فک دستگاه جوش (ثابت و متحرک ) گذاشته می شود و پس از تنظیمات لازم ، قالبها بسته می شوند .
  • صفحه برش تیغه ایی ما بین دو سر لوله و یا اتصال قرار می گیرد و لبه ها را کاملا صاف و تمیز می نماید و پس از آن برداشته می شود.
  • صفحه داغ را که دمای آن به حد مجاز رسیده است
  • (C ˚230 – 210 ) ما بین دو سر لوله و یا اتصال قرار داده و دو سر لوله ها به آن چسبانده می شوند و فشار طبق دستورالعمل های دستگاه جوش پلی اتیلن ، بالا برده می شود تا در محل تماس لوله ها با صفحه داغ ، برآمدگی مدور و یکنواختی با اندازه معین ایجاد گردد.
  • در ادامه مرحله فوق ، از میزان فشار کاسته می شود و لایه های داخلی در محل اتصال کاملا ذوب می گردند .
  • قسمت متحرک دستگاه جوش ، به عقب رانده شده و صفحه داغ به صورتی جدا می شود که هیچ آسیبی به سطوح ذوب شده ، وارد نیاید.
  • دو سر لوله ، به سرعت به همدیگر چسبانده شده و فشار بتدریج و بر اساس مشخصات مندرج در جدول دستگاه جوش ، افزایش یافته و تا خنک شدن محل جوش ، ثابت نگاه داشته می شود .

 

  • مدت زمان خنک شدن در مرحله فوق ، بستگی به ضخامت لوله ها داشته و مقادیر آن در جدول دستگاه تعیین شده است . در طی این زمان ، محل اتصال نباید تحت تنش یا فشار غیر مجاز قرار بگیرد.

 

  • لبه جوش در محل اتصال باید به صورت یک برآمدگی دو تکه باشد . تشکیل این برآمدگی ، نشان دهنده آن است که جوشکاری بصورت یکنواخت انجام شده است .

 

تذکر : تفاوت در شکل برآمدگی های لبه جوش ، می تواند ناشی از یکسان نبودن ویژگی های جریان مذاب(MFR) در دو قطعه اتصال باشد.