پلی پروپیلن (PP) و پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) دو مورد از پرمصرف ترین مواد ترموپلاستیک در پردازش شیمیایی، ساخت نیمه هادی، تصفیه آب و لوله کشی صنعتی هستند. بر خلاف لولههای فلزی که به اتصالات رزوهای، فلنجها یا چسبها متکی هستند، لولههای PP و PVDF معمولاً با استفاده از همجوشی حرارتی به هم متصل میشوند. در میان روشهای مختلف فیوژن، جوشکاری فیوژن سوکتی روش ترجیحی برای قطرهای کوچکتر است - معمولاً تا 4 اینچ (110 میلیمتر). اما دقیقاً چگونه یک دستگاه جوش فیوژن سوکت یک اتصال دائمی و ضد نشت بین دو قطعه پلاستیک ایجاد می کند؟ این فرآیند ترکیبی از کنترل دقیق دما، گرمایش زمانبندیشده و قرار دادن کنترلشده برای اتصال مولکولی لوله و اتصال به یک جزء منفرد و همگن است. درک این فرآیند برای هر کسی که سیستم لوله کشی ترموپلاستیک را نصب یا نگهداری می کند ضروری است.
قبل از توصیف عملکرد ماشین، به درک علم اساسی کمک می کند. جوشکاری فیوژن سوکت از چسب، حلال یا مهر و موم مکانیکی استفاده نمی کند. در عوض، از گرما برای ذوب سطوح لوله و اتصالات استفاده می کند، سپس آنها را به هم فشار می دهد تا زنجیره های پلیمری از یک قسمت به قسمت دیگر پخش شود.
ترموپلاستیک هایی مانند PP و PVDF از مولکول های زنجیره ای بلند ساخته شده اند. هنگامی که در بالای نقطه ذوب خود گرم می شوند، این زنجیره ها متحرک می شوند. هنگامی که دو سطح مذاب به هم فشرده می شوند، زنجیره ها در سراسر سطح مشترک در هم می آمیزند. با سرد شدن مفصل، زنجیرهها دوباره کریستال میشوند و در هم میپیچند و یک ماده پیوسته را تشکیل میدهند. هنگامی که به درستی انجام شود، جوش حاصل به اندازه مواد لوله اصلی - یا قویتر از آن است.
فیوژن سوکت برای اتصال لوله به اتصالاتی که دارای سوکت فرورفته است طراحی شده است. سوکت اتصالات دارای قطر داخلی کمی بزرگتر از قطر خارجی لوله است. دستگاه جوش هم بیرون لوله و هم داخل سوکت اتصالات را به طور همزمان گرم می کند. پس از گرم شدن، لوله را داخل سوکت قرار می دهند و تا زمانی که مواد جامد شوند، نگه می دارند. این یک اتصال قوی و صاف بدون مهره جوش داخلی ایجاد می کند که می تواند جریان را محدود کند.
یک دستگاه جوشکاری فیوژن معمولی از چندین جزء ضروری تشکیل شده است که با هم کار می کنند تا جوش های ثابتی تولید کنند.
قلب دستگاه یک صفحه حرارتی مسطح با روکش آلومینیومی یا با روکش تفلون است. این صفحه دارای دو سطح گرمایشی است: یکی برای گرم کردن انتهای لوله و دیگری برای سوکت های گرمایش. دما دقیقاً توسط ترموستات یا کنترل کننده دیجیتال کنترل می شود. برای PP، دمای معمولی گرمایش 260 درجه سانتیگراد (500 درجه فارنهایت) است. برای PVDF، دما در 270-280 درجه سانتی گراد (518-536 درجه فارنهایت) به دلیل نقطه ذوب بالاتر PVDF کمی بالاتر است.
ابزارهای قابل تعویض به صفحه گرمایش متصل می شوند. اینها به صورت جفت می آیند:
این ابزارها با ابعاد دقیق برای هر قطر لوله (به عنوان مثال، 20 میلی متر، 25 میلی متر، 32 میلی متر، 40 میلی متر، 50 میلی متر، 63 میلی متر، 75 میلی متر، 90 میلی متر، 110 میلی متر) تولید می شوند.
گیره های دستی یا هیدرولیکی لوله و اتصالات را در هنگام گرم کردن و جاگذاری در یک راستا نگه می دارند. هم ترازی مناسب بسیار مهم است. مفاصل نامناسب باعث ایجاد نقاط ضعیف می شوند.
یک توقف عمق تضمین می کند که لوله دقیقاً به عمق صحیح در سوکت اتصالات وارد شده است. یک عمق سنج درج میزان فشار لوله را در مرحله جوشکاری اندازه گیری می کند.
اکثر ماشین های فیوژن سوکت مدرن شامل تایمرهای داخلی برای کنترل:
فرآیند واقعی جوشکاری از یک توالی دقیق پیروی می کند. هر مرحله باید به درستی انجام شود تا به یک مفصل قابل اعتماد دست یابد.
قبل از هر گونه گرمایش، انتهای لوله باید آماده شود:
با استفاده از عمق سنج یا اندازه گیری عمق سوکت اتصالات، لوله را در عمق ورودی صحیح علامت گذاری کنید. این علامت به عنوان یک نشانگر بصری در مرحله درج عمل می کند. عمق معمولاً برابر با عمق سوکت منهای 1-2 میلی متر است تا امکان انبساط مواد فراهم شود.
دستگاه جوش فیوژن سوکت را روشن کنید و کنترل کننده دما را روی مقدار صحیح مواد تنظیم کنید:
اجازه دهید دستگاه در دما تثبیت شود. اکثر ماشینها دارای چراغ سبز رنگ آماده هستند. تا زمانی که دما برای حداقل 5 تا 10 دقیقه ثابت نشده است، جوشکاری را شروع نکنید.
سنبه لوله (پین گرمایش) و ابزار گرمایش سوکت را برای قطر لوله خاص نصب کنید. اطمینان حاصل کنید که آنها تمیز و بدون بقایای پلاستیک ذوب شده هستند. ابزار پوشش داده شده با پوشش نچسب آسیب دیده باید جایگزین یا دوباره روکش شود.
انتهای لوله را روی سنبه لوله قرار دهید و آن را تا عمق مشخص شده فشار دهید. در همان زمان، سوکت اتصال را روی ابزار گرمایش سوکت فشار دهید. هر دو قسمت باید کاملاً روی ابزار گرمایش مربوطه خود قرار گیرند. به محض قرار گرفتن هر دو قسمت، تایمر را روشن کنید.
زمان گرمایش بر اساس مواد و قطر لوله متفاوت است :
| قطر لوله (میلی متر) | زمان گرمایش PP (ثانیه) | زمان گرمایش PVDF (ثانیه) |
|---|---|---|
| 20 | 5-7 | 6-8 |
| 25 | 7-9 | 8-10 |
| 32 | 9-12 | 10-14 |
| 40 | 12-15 | 14-18 |
| 50 | 15-18 | 18-22 |
| 63 | 18-22 | 22-26 |
| 75 | 22-26 | 26-30 |
| 90 | 26-30 | 30-35 |
| 110 | 30-35 | 35-40 |
این زمان ها دستورالعمل هستند. همیشه از جداول سازنده دستگاه جوش و سازنده لوله پیروی کنید.
در پایان زمان گرمایش، لوله و اتصالات را به سرعت از ابزار گرمایش جدا کنید. زمان تغییر - فاصله بین حذف و پیوستن - باید تا حد امکان کوتاه باشد، معمولاً کمتر از 5 تا 10 ثانیه. اگر زمان تغییر بیش از حد طولانی باشد، سطوح مذاب سرد می شوند و به درستی ذوب نمی شوند.
بلافاصله انتهای لوله گرم شده را با یک حرکت صاف و پیوسته در سوکت اتصالات گرم شده قرار دهید. فشار دهید تا علامت عمق روی لوله با لبه سوکت هماهنگ شود. لوله را در حین قرار دادن پیچ و تاب نکنید. چرخاندن می تواند حفره ها یا توزیع ناهموار مذاب ایجاد کند.
هنگامی که لوله به طور کامل وارد می شود، فشار محوری را روی اتصال ثابت نگه دارید (نیروی نگه دارنده) تا از عقب نشینی لوله در هنگام انقباض مواد در طول خنک شدن جلوگیری کنید. زمان خنک شدن به قطر لوله و مواد بستگی دارد:
| قطر لوله (میلی متر) | زمان خنک کننده PP (ثانیه) | زمان خنک کننده PVDF (ثانیه) |
|---|---|---|
| 20 | 30-45 | 35-50 |
| 25 | 40-60 | 45-70 |
| 32 | 50-75 | 60-90 |
| 40 | 60-90 | 75-105 |
| 50 | 75-105 | 90-120 |
| 63 | 90-120 | 105-135 |
| 75 | 105-135 | 120-150 |
| 90 | 120-150 | 135-165 |
| 110 | 135-165 | 150-180 |
در طول خنک شدن، مفصل را حرکت ندهید و مزاحم نشوید. حرکت زودهنگام می تواند باعث ایجاد ترک یا پیوندهای ضعیف شود.
پس از زمان خنک شدن، اتصال را بررسی کنید. یک جوش فیوژن سوکت مناسب باید نشان دهد:
در حالی که مراحل اساسی برای هر دو ماده یکسان است، تفاوت های مهمی وجود دارد.
| اموال | PP (پلی پروپیلن) | PVDF (پلی وینیلیدین فلوراید) |
|---|---|---|
| نقطه ذوب | 160-170 درجه سانتی گراد (320-338 درجه فارنهایت) | 170-180 درجه سانتی گراد (338-356 درجه فارنهایت) |
| دمای جوشکاری توصیه شده | 5 ± 260 درجه سانتی گراد | 5 ± 275 درجه سانتی گراد |
| پنجره پردازش (زمان قبل از تخریب) | عریض (دقیقه) | باریک (ثانیه) |
| حساسیت به گرمای بیش از حد | متوسط | بالا (گاز HF آزاد می کند) |
| زمان گرمایش مورد نیاز برای همان قطر | کوتاه تر | طولانی تر (10-15٪ بیشتر) |
PVDF به کنترل دقیق تری نیاز دارد زیرا پنجره پردازش آن باریک تر است. گرمای بیش از حد PVDF حتی تا 10 درجه سانتیگراد می تواند باعث تخریب مواد و آزاد شدن گاز فلوراید هیدروژن شود که سمی و خورنده است.
PP در مورد اکسیداسیون سطح نسبتاً بخشنده است. PVDF، با این حال، هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد، یک لایه نازک اکسید شده را تشکیل می دهد. این لایه باید دقیقاً قبل از جوشکاری به صورت مکانیکی برداشته یا شیمیایی شود. برخی از مشخصات نیاز به خراش دادن انتهای لوله با یک اسکراپر مخصوص بلافاصله قبل از گرم کردن دارد.
دستگاه های جوشکاری فیوژن سوکت در دو پیکربندی اصلی ارائه می شوند.
در یک ماشین دستی، اپراتور نیروی وارد شده و نگه داشتن فشار را با دست کنترل می کند. اینها برای تعمیرات میدانی و قطرهای کوچکتر (تا 63 میلی متر) معمول هستند.
مزایا :
معایب :
ماشینهای اتوماتیک از سیلندرهای هیدرولیک برای کنترل سرعت درج و فشار نگهدارنده استفاده میکنند. اپراتور پارامترها را تنظیم می کند و دستگاه جوش را اجرا می کند.
مزایا :
معایب :
حتی با یک ماشین خوب، تکنیک ضعیف باعث ایجاد جوش های معیوب می شود.
| نقص | ظاهر | علت | پیشگیری |
|---|---|---|---|
| همجوشی ناقص | سطح صاف اما مفصل تحت فشار جدا می شود | زمان گرمایش ناکافی یا دمای بسیار پایین | جدول زمانی گرمایش را دنبال کنید. بررسی دما |
| گرم شدن بیش از حد (سوخته) | تغییر رنگ قهوه ای/سیاه، مواد شکننده | دما خیلی بالا یا زمان گرمایش خیلی طولانی است | دستگاه کالیبره؛ کاهش زمان گرمایش |
| خالی (جیب هوا) | حباب یا شکاف قابل مشاهده در مهره جوش | پیچاندن لوله در حین ورود یا آلودگی | مستقیم و بدون پیچش وارد کنید. کاملا تمیز کنید |
| جوش سرد | اتصال درست به نظر می رسد اما استحکام کمی دارد | زمان تغییر too long; surfaces cooled before joining | به حداقل رساندن زمان تغییر (<5-10 ثانیه) |
| درج ناکافی | لوله به عمق سوکت کامل نمی رسد | نیروی وارد کردن خیلی کم است یا علامت عمق نادرست است | استفاده از توقف عمق. فشار کافی اعمال کنید |
| ناهماهنگی | لوله و اتصالات کواکسیال نیستند | قطعات به درستی گیره نشده اند | از گیره های تراز استفاده کنید. قبل از گرم کردن بررسی کنید |
هر دو ماده به طور کلی برای جوش بی خطر هستند، اما خطرات خاصی وجود دارد.
هنگامی که PVDF بیش از 300 درجه سانتیگراد (572 درجه فارنهایت) گرم می شود، تجزیه شده و گاز هیدروژن فلوراید (HF) آزاد می کند. HF بسیار سمی و خورنده برای دستگاه تنفسی است. هرگز PVDF را بیش از حد گرم نکنید. اگر در حین جوشکاری PVDF بوی تند و تحریک کننده به مشام می رسد، فوراً آن را متوقف کنید، ناحیه را تهویه کنید و دستگاه را از نظر مشکلات کنترل دما بررسی کنید.
برای سیستمهای لولهکشی مهم PP و PVDF (کارخانههای شیمیایی، آب فوقالعاده، فابریکهای نیمهرسانا)، جوشها باید آزمایش شوند.
جوش قابل قبول :
جوش را رد کنید :
برای اعتبار سنجی روش های جوشکاری، آزمایش های مخرب انجام می شود:
برای سیستم های ضمن خدمت، روش های NDT عبارتند از:
| پارامتر | PP | PVDF |
|---|---|---|
| دمای جوش | 5 ± 260 درجه سانتی گراد | 5 ± 275 درجه سانتی گراد |
| زمان گرم شدن factor (relative to PP) | 1.0× | 1.15–1.20× |
| زمان خنک شدن factor | 1.0× | 1.10–1.15× |
| حساسیت به آلودگی | کم | بالا |
| حساسیت به گرمای بیش از حد | متوسط | خیلی بالا |
| نوع ماشین توصیه شده برای کارهای حیاتی | دستی یا اتوماتیک | اتوماتیک (ترجیحا) |
| ظاهر بصری جوش خوب | مهره مات مات | مهره شفاف به سفید و براق |
| محصول تجزیه سمی | آکرولئین (محرک) | هیدروژن فلوراید (بسیار سمی) |
| برنامه های کاربردی معمولی | زهکشی شیمیایی، اگزوز، آب دیونیزه | آب فوق خالص، مواد شیمیایی با خلوص بالا، نیمه هادی |
Q1: آیا می توان از همان دستگاه جوش فیوژن سوکت برای PP و PVDF استفاده کرد؟
بله، اما باید تنظیمات دما را تغییر دهید و برای هر ماده از ابزارهای همجوشی جداگانه استفاده کنید. PP به 260 درجه سانتیگراد نیاز دارد. PVDF به 275 درجه سانتیگراد نیاز دارد. ابزارهای گرمایش (ماندرل و سوکت) نباید بدون تمیز کردن کامل بین مواد تعویض شوند، زیرا باقیمانده PP روی ابزارها می تواند جوش PVDF را آلوده کند. بسیاری از امکانات مجموعه ابزار اختصاصی را برای هر ماده نگهداری می کنند.
Q2: چگونه می توانم بفهمم که جوش فیوژن سوکت در PVDF بدون آزمایش مخرب خوب است؟
بازرسی بصری روش اولیه است. یک جوش PVDF خوب یک مهره یکنواخت و شفاف تا سفید را در اطراف کل لبه سوکت نشان می دهد. مهره باید صاف و بدون حباب باشد. اگر مهره قهوه ای یا سیاه باشد، مواد بیش از حد گرم شده است. اگر مهره سفید شیری با سطح ناهموار باشد، ممکن است مواد خیلی سریع آلوده یا سرد شده باشند. برای سیستم های حیاتی، یک بازرسی فراصوت غیر مخرب می تواند توسط تکنسین های تایید شده انجام شود.
Q3: حداکثر قطر لوله ای که می توان با جوشکاری فیوژن سوکت وصل کرد چقدر است؟
فیوژن سوکت معمولاً برای قطر لوله تا 110 میلی متر (4 اینچ) استفاده می شود. برای قطرهای بزرگتر (125 میلی متر و بالاتر)، جوشکاری فیوژن لب به لب ترجیح داده می شود زیرا به نیروی کمتری نیاز دارد و اتصال قوی تری را برای لوله های بزرگ ایجاد می کند. برخی از تولیدکنندگان ابزارهای فیوژن سوکت تا 160 میلی متر (6 اینچ) را ارائه می دهند، اما این ابزارها نادر هستند و به ماشین های هیدرولیک قدرتمند نیاز دارند.
Q4: چرا اتصال PVDF من گاهی اوقات بعد از جوشکاری ظاهری سفید و گچی دارد؟
ظاهر سفید و گچی معمولاً نشان دهنده سرد شدن سریع یا آلودگی رطوبتی است. اگر محل اتصال خیلی سریع سرد شود (مثلاً در هوا یا روی سطح سرد)، PVDF به گونه ای متبلور می شود که نور را پراکنده می کند و سفید به نظر می رسد. این حالت "سرخ شدن" نامیده می شود. در حالی که لزوماً نشان دهنده یک جوش ضعیف نیست، باید بررسی شود. قبل از جوشکاری از خشک بودن لوله و اتصالات اطمینان حاصل کنید. مقداری ظاهر سفید برای PVDF طبیعی است.
Q5: آیا می توانم PP را به PVDF با استفاده از دستگاه فیوژن سوکت جوش کنم؟
PP و PVDF مواد ناسازگار با نقاط ذوب، ساختار شیمیایی و ضرایب انبساط حرارتی متفاوت هستند. آنها در سطح مولکولی با هم ترکیب نمی شوند. تلاش برای جوش دادن آنها یک پیوند مکانیکی ضعیف ایجاد می کند که تحت تنش یا تغییر دما از بین می رود. از اتصالات مکانیکی (رزوه ای، فلنج دار یا گیره دار) برای اتصال ترموپلاستیک های غیر مشابه استفاده کنید.
Q6: هر چند وقت یک بار باید ابزارهای فیوژن (ماندرل ها و سوکت های گرمایشی) را تعویض کنم؟
هنگامی که پوشش نچسب (PTFE یا مشابه) سایش، پوسته شدن یا آسیب دیدگی را نشان می دهد، ابزارهای فیوژن را تعویض کنید. همچنین اگر پلاستیک پخته انباشته شده ای دارند که بدون تمیز کردن ساینده (که به پوشش آسیب می زند) جدا نمی شوند، آنها را تعویض کنید. برای امکانات پرکاربرد (جوشکاری روزانه)، ابزارها معمولاً 6 تا 12 ماه دوام می آورند. برای استفاده گاه به گاه، ابزارها ممکن است چندین سال دوام بیاورند. ابزارها را همیشه تمیز و محافظت شده از آسیب نگهداری کنید.
Q7: زمان تغییر قابل قبول برای جوشکاری فیوژن سوکت چقدر است؟
زمان تغییر - از برداشتن قطعات از بخاری تا تکمیل قرار دادن - باید تا حد امکان کوتاه باشد. برای PP، حداکثر زمان تغییر معمولاً 10 ثانیه است. برای PVDF، 5-8 ثانیه است. تجاوز از این زمانها به سطوح مذاب اجازه میدهد تا زیر دمای همجوشی سرد شوند و در نتیجه یک "جوش سرد" درست به نظر میرسد اما استحکام بسیار کمی دارد. برای اطمینان از سرعت، حرکت درج را قبل از گرم کردن تمرین کنید.
Q8: آیا باید از روش جوشکاری متفاوتی برای PVDF در هوای سرد (زیر 5 درجه سانتیگراد) استفاده کنم؟
بله. دمای سرد محیط باعث افزایش سرعت خنک شدن مواد مذاب می شود. برای PVDF جوش داده شده در دمای زیر 5 درجه سانتیگراد (41 درجه فارنهایت)، زمان گرمایش و زمان سرمایش را 15 تا 20 درصد افزایش دهید. هنگامی که دمای محیط به زیر 0 درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت) می رسد، برخی از مشخصات نیاز به جوشکاری در داخل محفظه گرم شده دارند. همیشه از دستورالعمل های جوشکاری در هوای سرد سازنده لوله استفاده کنید.
Q9: چرا دستگاه فیوژن سوکت من گاهی در حین جوشکاری PP دود می کند؟
مقدار کمی دود یا بخار در طول جوشکاری PP طبیعی است، به خصوص از اولین جوش روز به دلیل اینکه رطوبت یا آلودگی باقیمانده می سوزد. با این حال، دود بیش از حد با بوی تند و تند نشان دهنده گرم شدن بیش از حد است. دمای دستگاه را با یک دماسنج تماسی جداگانه بررسی کنید. اگر دما برای PP از 270 درجه سانتیگراد بیشتر شد، نقطه تنظیم را کاهش دهید و کنترلر را مجدد کالیبره کنید.
Q10: آیا جوش های فیوژن سوکت در صورت شکست در بازرسی قابل تعمیر هستند؟
خیر. یک جوش فیوژن سوکت شکست خورده را نمی توان دوباره ذوب کرد و دوباره ذوب کرد، زیرا مواد قبلاً دستخوش تغییرات مولکولی شده است. تنها روش تعمیر این است که اتصال شکست خورده را برش داده و در قسمت جدیدی از لوله با استفاده از دو اتصال فیوژن سوکت جدید (یا اتصالات اتصالی) جوش دهید. همیشه جوش ها را بلافاصله پس از خنک شدن بازرسی کنید. کار مجدد یک مفصل شکست خورده بسیار گرانتر از انجام مجدد صحیح آن در بار اول است.
