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Processos de união para Plástico I e II
Rúben Fernandes - E-mail: ruben@rinnai.com.br ou jackrubs@ig.com.br
1- Introdução
Para soldagem de plásticos, conhecimento básico não somente de processos de soldagem, mas também de plásticos em geral é um requisito importante. Portanto, primeiramente deve ser demonstrado a estrutura e o comportamento do plástico.
Como para a soldagem de metais, existe uma diferença fundamental entre aço e alumínio; da mesma forma uma grande diferença de características de materiais deve ser observada nos plásticos.
Apesar de toda simplificação e automação, a produção de juntas de soldas sempre requer um talento manual. Portanto, para evitar confusões, um cuidadoso e minucioso treinamento está em primeiro plano. Desse modo, é indiferente se uma junta é produzida para soldagem ou colagem, ou se é parafusado ou travado.
A fim de garantir uma qualidade estável e uma condição ajustada para juntas de plásticos é importante controlar ou inspecionar o soldador em intervalos definidos, como por exemplo: análise da máquina de solda de plástico
Básicos do plástico
Os materiais básicos dos produtos plásticos quase sempre contêm um composto químico de carbono (C).
Exemplos são: petróleo, gás natural, madeira, carvão ou etano, isto significa que os plásticos pertencem ao campo da química orgânica.
O composto inorgânico contido naquelas substâncias, por exemplo etileno ou cloro vinil são juntamente seriados com a ajuda da alquimia, sendo macromoléculas as quais como polietileno (PE) ou cloro poli vinil (PVC). São desenvolvidos a assim chamado filamentario ou molécula série. A transição do material monomérico (comumente gasoso ou fluido) para o plástico polimérico é chamado polimerização. Alem disso a poli-adição e a policondensação são tratamentos para a produção de plásticos.
A camada da molécula série de um PVC pode se comparar a uma rosca em um feltro uma peça de lã de algodão, este material é chamado estrutura amórfica (aleatório, sem movimento).
PE tem em contrastes ao PVC secções semicristalinas.
O limite de resistência a tração dos plásticos é causado por duas forças diferentes:
- Químico e forças moleculares internas, aquelas presas as moléculas filamentárias.
- Físicas, forças intermoleculares, aquelas presas ao filamento no composto do material.
2- Termoplásticos
A condição da superfície das juntas de plásticos pode ser alcançada através de solventes. Dessa forma é produzida de uma forma fria uma conexão homogênea insolúvel chamada solda (soldagem solvente, fonte de soldagem) assim como colagem.
2.2- Elastômeros
Através de um cruzamento de conexões entre moléculas filamentárias (ligamento químico) é desenvolvido um chamado espaço de entrelaçado de moléculas. Estes plásticos contendo uma grande malha ligada em cruz chamado elastômeros.
Você tem o estado físico elástico e duro, por exemplo: vedação de borracha e pneus de carro.
2.3-Duroplásticos
É produzido através de um forte cruzamento, ligando uma malha fechada a um espaço entrelaçado de moléculas, não é possível amolecê-la através de aquecimento.
Estes duroplásticos são difíceis de decompor. Por exemplo: buchas, chapas decorativas, reforços em fibra de vidro para barcos.
Elastômeros e duroplásticos não são soldáveis, por causa de seu ligamento cruzado. Basicamente uma regra é valida para todos os plásticos: Se são superaquecidos, são destruídos através da desintegração das macromoléculas. Os plásticos então são queimados.
3-Plásticos e sua soldabilidade.
A seleção de plásticos em uma construção soldada, por exemplo para tubos, depende da condição de trabalho em consideração as características do material, as quais como: resistência química e estabilidade térmica, a segurança exigia e o senso econômico.
Por isso, acertos têm sido considerados, através de mudanças das propriedades, por exemplo: através de modificações pode ser produzida uma larga gama de plásticos. Portanto deve ser dada uma lista dos mais importantes plásticos. variação do material PVC-U PVC duro PVC-P PVC leve PVC-C PVC clorados PE-HD PE duro PE-LD PE leve PP-H homopolimero PP-B copolimero-bloco PP-R copolimero-aleatório vinilideno PVDF Acrilonitrito-Butadieno-Estireno Acrilonitrito-Estireno-Acrilester Polimetilmetacrilate (Acrilico) PMMA Plastico reforçado com fibra de vidro GFK composto do material
polivinil cloridrico PVC
Polietileno PE
Polipropileno PP
ABS / ASA
As indicações sobre os padrões DIN e os padrões de qualidade, estão a esquerda devido sua abundância. Eles estão juntos em um livro de padrões, particularmente em um livro de bolso da DIN
PVC duro, o qual é usado desde 1930, é um termoplástico versátil muito usado; PVC-C é qualificado para tubulações com trabalhos em temperatura até 90°C. PVC é soldável pela razão de sua polaridade e dissolubilidade muito adesiva. A gama de aplicações é em fornecimento de gás e água em tubulações pressurizadas, tubulação de águas residuais, tubulação de esgotos, tubulação de poços, ar condicionado, laboratório, indústria farmacêutica, indústria de processamento de alimentos.
Os processos de soldagem mais importantes subseqüentemente listados são divididos de acordo com o tipo de demanda térmica.
Ferramenta de
soldagem aquecida
Ferramenta de
soldagem Direta
Soldagem de topo ferr. aquecida
Soldagem em chanfro ferr. aquecida
Dobra soldada usando uma ferramenta
aquecida
Soldagem de luva ferr. aquecida
Soldagem em espiral ferr. aquecida
Soldagem sob pressão lateral aquecida
Soldagem ferr. aquecida com aresta de
corte
Ferramenta de
soldagem Indireta
Vedação impulso
Soldagem contato térmico
Vedação soldagem larga
Soldagem com gás quente
Soldagem gás quente com tocha
separado do bastão de alimentação
Cordão de solda reto gás quente
Soldagem de sobreposição gás quente
Soldagem extrusão gás quente
Soldagem por fricção
Soldagem por alta freqüência
Soldagem ultrasonica
Os parâmetros de soldagens:
Temperatura: As superfícies das juntas são apresentadas pela sua condição termoplástica através da energia térmica (gás quente, ferramenta de aquecimento, fricção) chama aberta não é permitido para aquecimento, do contrário o plástico devido sua má condutibilidade térmica, seria queimado na superfície, antes que o calor rompa uma suficiente profundidade. Antes disso um resfriamento forçado através de água ou ar comprimido pode ser perigoso, porque isso conduz a tensões de resfriamento (fadiga, tensão residual de soldagem) o qual tenciona o componente e a região do material.
Pressão: O deslizamento entre um e outro filamento da molécula deve ser suportado pela elevação da temperatura, porque o plástico fundido é muito viscoso. Tempo: Devido a baixa condutibilidade térmica do plástico, a faixa de tempo para o fornecimento de calor e resfriamento, deve ser cuidadosamente observado. Também com um efeito prolongado da temperatura na soldagem o risco de danos existe; alem disso deve ser notado que a expansão e a contração através do aquecimento e resfriamento do plástico são muito mais altas do que nos metais. É condicional a capacidade dos dispositivos de soldagem, tanto quanto são ajustáveis os parâmetros de soldagem, deve ser regulado eletronicamente e, em parte, totalmente automático. A seguir alguns processos importantes de soldagem serão demonstrados rapidamente.
4.1-Ferramenta aquecida de soldagem
Como um suporte térmico, normalmente um elemento elétrico de aquecimento, com revestimento não adesivo de PTFE é fornecido para evitar um inerente do material termoplástico. Para a soldagem com ferramenta aquecida direta, o elemento de aquecimento é situado entre as interfaces da junta, para a ferramenta de solda aquecida indireta, o calor é transferido através de um componente da junta para a interface da junta.
A soldagem de topo com a ferramenta aquecida pode ser realizada manualmente ou mecanicamente, de modo que tubos pressurizados podem somente ser soldados mecanicamente. Os pontos essenciais são que as superfícies de soldagem limpas dos componentes são pressionadas ao elemento de aquecimento com alta pressão a ser ajustada. Por isso a existente possibilidade de irregularidades e arrastamento são fundidos. Depois disso as interfaces da junta são aquecidas pré- aquecidas com pressão reduzida no elemento de aquecimento por uma exata gama de tempo.
Depois disso o elemento de aquecimento (resistência) deve ser rapidamente retirado da interface de soldagem e as extremidades dos tubos são unidades rapidamente a pressão
abaixo de 0,15 N/mm² na interface da solda. As peças soldadas devem permanecer fixas a baixa pressão até o resfriamento total.
Material
Temperatu
ra do
elemento
aquecido
°C
Tempo de pré-
aquecimento s
Pressão no
inicio do pré-
aquecimento
N/mm²
Pressão de
soldagem
N/mm²
Polietileno duro 0.954 200 30 a 60 0.05 0.
Polietileno leve 0.035 180 20 a 60 0.05 0.
Polipropileno 210 30 a 120 0.075 0.
Polivinil clorídrico,
resistente ao impacto 225 20 a 60^ 0.075^ 0.
Máquinas apropriadas para soldagem de chapas e tubos são de vários tamanhos e tipos no mercado; seus parâmetros de soldagem, temperatura, pressão, e também períodos de tempo são exatamente ajustáveis.
A soldagem de luvas com a ferramenta aquecida (por exemplo para tubos de PE-HD- e PP) podem também ser realizadas manualmente (acima de 63mm de diâmetro) e mecanicamente. A operação de unir ocorre sempre através de dispositivos. Por exemplo luvas, peças em T e ângulo. Através do elemento de aquecimento (resistência) o qual é descarregado com um aquecimento da camada e um grampo de aquecimento, a interface interna do dispositivo e a interface externa do tubo tornam-se plastificados. Depois disso o elemento de aquecimento é distanciado rapidamente. Empurrando a extremidade do tubo e luva juntos sem torcer, é feito a solda sobreposta.
3
tubo (^) tubo
Elemento aquecido
Peças a serem soldadas
Elemento aquecido
Peças a serem soldadas
Elemento aquecido
Principio de soldagem com cunha O principio do arco de soldagem com
Aquecida pulso termo corrente.
4.2 Soldagem com gás quente
Enquanto a soldagem com ferramenta aquecida é realizada sem adição de solda, a soldagem com gás quente é realizado com um arame de soldagem plastificado o qual é do mesmo material do componente a ser soldado e é inserido na solda. Exceto para poucos casos realizados manualmente.
A qualidade alcançada na solda depende muito mais do talento manual do soldador. Devido ao fato que os parâmetros de soldagem são raramente mantidos exatamente como descritos, o limite de resistência a tração da solda possivelmente não é suficiente, assim, tubos de fornecimento de água e água não são soldados pelo processo de gás quente. Nem tubos pressurizados, por exemplo, para ventilação de ar, podem ser soldados por gás aquecido.
Por isso nos distinguimos entre a soldagem por gás aquecido com tocha separado do bastão de adição, o qual permite a taxa de solda para 25 cm/minuto e soldagem arrastando ou bocal de alta velocidade, onde a taxa de soldagem pode ser 40 a 100cm/minuto.
Valores aproximados de temperatura para soldagem com gás quente.
Material Temperatura mínima do
material °C
Temperatura do gás de
soldagem °C
PVC duro 160 300 a 350
PVC resistente ao impacto 160 300 a 350
PVC C 200 350 a 380
PVC leve 150 250 a 380
PP 175 240 a 280
PE duro 150 220 a 260
PE leve 120 190 a 240
Rolos de transporte e pressão
Cunha aquecida (fixa)
Para termoplásticos duros Bastão de soldagem Pressão
PressãSoldagemo contínua Para termoplásticos leves
Soldagem com cordão reto, sem oscilações é aplicado para juntas longas e tubos com grandes diâmetros, enquanto que para posições apertadas e alguns filetes de solda a soldagem com tocha e gás quente separado do bastão de adição é aplicado.
Comparação entre as taxas de soldagem com tocha de gás quente separado do bastão de adição e cordão reto de solda com bastão de diâmetro 3mm. (cm/min).
Material
Gás quente de soldagem
com tocha separada do
bastão de adição
Soldagem puxando
PVC duro 15 a 25 50 a 70
PVC resistente ao impacto 15 a 25 50 a 70
PVC C 5 a 10 15 a 35
PE leve 10 a 20 50 a 70
PE duro 10 a 20 40 a 60
PP 15 a 20 50 a 70
A soldagem de sobreposição com gás quente é aplicada para telhados – e trajetos vedados (área de deposição de vedação) sem adição de solda para soldas sobrepostas.
Junta de topo com chanfro em V
Junta de topo com chanfro em X
Junta em T com solda filete
Solda de filete c/ sobreposição
Junta
Pressão da lingüeta
Arame de soldagem
Gás aquecido
4.5 Soldagem por alta frequência
Para soldagem por alta freqüência temos vantagens no centro de gravidade da resistência elétrica na estrutura molecular para os chamados plásticos polar. Através de uma corrente alternada de alta freqüência (27,12 MHz) o material é levado a condição plástica, significando que o calor atravessa o próprio material.
Do quadro notamos, a alta qualidade elétrica do plástico poliestireno PS, polietileno PE e polipropileno PP não podem ser soldados por alta freqüência
Material Fator dielétrico menor do que d
PVC duro 0.03 a 0.
PVC leve 0.1 a 0.
ABS 0.03 a 0.
PA 0.04 a 0.
PS 0.0008 a 0.
PE 0.
PP 0.
Os princípios da soldagem por alta freqüência, são mostrados nas figuras seguinte. Tem de ser notado, que para cada junta de solda é requerido um eletrodo configurado correspondente. A operação é, portanto, adequado somente para produção me massa.
Gerador de alta frequencia
Pressão de solda
Pressão de estampagem
Campo condensador
Mesa de pressão
Eletrodo Junta
4.6 Soldagem por ultrassom
Através da soldagem por ultrassom podemos produzir em quase todos os plásticos uma vibração mecânica, o qual plastifica as interfaces da junta na freqüência definida (20 – 40 kHz). O cabeçote com o sonotrodo é movido verticalmente em compressão; este movimento produz a pressão de solda nas interfaces da junta. Termoplásticos moles podem somente transmitir a vibração sobre um percurso muito curto, assim eles podem somente serem soldados em um chamado campo a pouca distância (Ca 3mm). Componentes moldados de termoplásticos duros com um alto módulo de elasticidade podem ser soldados em um chamado campo largo significando que a solda pode ser feita em uma larga distância e o sonotrodo alcançar uma distância máxima.
Classificação de termoplásticos
Material Próximo ao campo de
soldagem
Longe do campo de
soldagem
PVC duro Bom Moderado
PVC leve Bom Ruim
PE duro Bom Moderado
PE leve Bom Ruim
PS Muito bom Muito bom
ABS Muito bom Bom
PA Bom Moderado
PMMA Muito bom Bom
PC Muito bom Muito bom
POM Bom Moderado
5. Inspeção da solda
Relativo e referência particular da inspeção de solda de plástico está no folheto DVS 2203, “Inspeção de juntas em solda de termoplásticos” e DVS 2206, “inspeção dos componentes e construção em termoplásticos”. Estes folhetos contêm compilação detalhada de normas e orientações correspondentes.
De acordo com a DVS 2203 são métodos curtos de inspeção:
Ensaio de tração, teste de dobramento, teste de impacto na dobra, teste de impacto na tração, teste de curvamento da dobra, pin push in test.
Estes métodos de teste destrutivos permitem apenas quantificar (bom / ruim... em comparação a....), mas não qualitativo para o comportamento da junta soldada ao longo prazo. Dependente do tempo o plástico pode falhar.
Através de testes é possível definir a confiabilidade, por exemplo, para provar a vida útil mínima do plástico em definitivo em condições de operação por no mínimo 50 anos, embora o período de teste é relativamente baixo.
Para a junta de solda em folhas, somente métodos especiais são aplicados em testes, por exemplo, testes de separação através do peso, testes de separação através de molas, teste de dobra alternada, teste manual de resistência a descamação etc.
O até agora método de teste destrutivo mencionado requer uma amostra do componente. Na prática isso pode ser realizado estendendo as medidas necessárias da junta de solda. O excesso produzido da peça vem a ser a amostra.
Freqüentemente não é possível obter a amostra. Existe um método de teste para uma estimação aproximada, o qual, dependendo da experiência do inspetor, pode nos dar informações sobre a qualidade da junta. O protocolo de soldagem de quem máquinas de soldagem de plásticos são sujeitos a inspeções regulares obrigatórios a fazer, o teste mecânico e a inspeção visual podem dar pistas adequadas.
Inspeção visual
Critérios de avaliação (de acordo com DVS 2212 parte 1) são as aparências da solda (forma, altura, superfície da saliência da solda) e espessura da solda (enchimento superior da solda, raiz, desencontro da junta dos componentes). Critérios mais alem são listados na DVS 2206.
Teste Ultrassônico (teste – US)
Através de radiações acústicas especiais na freqüência entre 0,5 e 2 MHz são dados na amostra, por exemplo tubos soldados. Devido aos desvios de reflexão e refração conclusões são erradas, trincas ou bolhas em magnitudes > Ø1mm são possíveis. Este processo já é aplicado no local da construção; no laboratório é possível fazer uma detecção mais sensível do erro.
Teste de Raios (Raio-X / Raio-C)
A relação de despesas com aparatos neste método de teste é relativamente alta, também aqui é necessário um tamanho mínimo de erro. Trincas e separações de interfaces, os quais são presos firmemente e com isso uma abertura livre, não pode ser testada.
Teste Visual
A interferometria holográfica (fazendo nos componentes tensões visíveis) ou o procedimento ponto de luz (gravação macroscópico no componente requisitado) são métodos de testes específicos para aplicações laboratoriais.
6. Indicações, treinamento e verificações.
Com a soldagem e colocação de tubos plásticos (para gás e água) somente máquinas de soldar plásticos podem ser cobrados quem são treinados e inspecionados de acordo com o DVGW – norma GW 330 treinado, inspecionado e que são sujeitos a vigilância contínua.
A implementação da soldagem deve ser de acordo com DVS – folheto 2207, parte 1; deve ser feito um protocolo de soldagem.
Em principio juntas soldadas para tubos plásticos pressurizados para o suprimento de gás e água pode somente ser produzido especialmente em dispositivos construídos para soldagem. Que significa que a ferramenta aquecida de soldagem manual e soldagem com gás quente não são adequados para tais tubulações.
O treinamento de um soldador para inspeção de tubos plásticos é de acordo com GW 330 respectivo ao soldador de plástico de acordo com DVS 2212, parte 1.
