Extrusionsschweißen

Extrusionsschweißen IKS

(siehe auch DVS 2207-4)

Das Extrusionsschweißen wird u. a. zum Verbinden dickwandiger Teile verwendet. Es wird mit einem artgleichen Schweißzusatz geschweißt. Für PVC-U kann dieses Verfahren nur bedingt eingesetzt werden, der Extruder darf während des Betriebes nicht abgestellt werden (Zersetzungsgefahr).

Für PVDF sind ggf. Spezialschnecken zu verwenden.

Das Kunststoffschweißen mittel Extruderschweißen wird von der IKS überwiegend im Bereich Behälter- und Apparatebau und der Sanierung von Trinkwasserbehältern eingesetzt.

Vorbereitung

Unmittelbar vor dem Verschweißen müssen sowohl Verbindungsflächen und angrenzende Bereiche als auch geschädigte Oberflächen (besonders bei Witterungs- und Chemikalieneinflüssen) bis auf ungeschädigte Zonen mechanisch abgearbeitet werden. Reinigungsmittel (z.B. Aceton), die die Kunststoffoberfläche angreifen oder verändern, dürfen nicht verwendet werden.

Reinigung der Schweißzonen:

tl_files/iks/iks-extrusionsschweissen-001.png

Beispiel:

  • Material PP,
  • Plattenstärke 10 mm,
  • V-Stoß 60°,
  • Extruder Munsch MA 40/60,
  • Draht PP Ø 4 mm

Einstellungen:

  • 60° Öffnungswinkel,
  • Luftspalt 1 mm (siehe Vorbereitung der Schweißzone),
  • TM = 225–230 °C, TL = 275–295 °C,
  • Abstand der Vorwärmdüse zum Grundmaterial 10–15 mm,
  • Ausstoßleistung des Extruders ca. 1,5 kg/h ergibt ˜ 150 – 175 mm/min Schweißgeschwindigkeit.
  • Schweißgeschwindigkeit: < 20 cm/min bei PE/PP bei 10 mm Wandstärke

 

 

Feuchtigkeitseinfluss

Kunststoffe, auch Schweißzusätze aus Polyolefinen, können unter bestimmten Bedingungen Feuchtigkeit an der Oberfläche aufnehmen. Untersuchungen bei einem namhaften Rohstoffhersteller ergaben übereinstimmend folgende Beurteilung: Der Schweißzusatz nimmt in Abhängigkeit von Material und Umgebungsbedingungen Feuchtigkeit auf. Beim Extrusionsschweißen kann sich diese eingelagerte Feuchte in Form von Lunkern in der Schweißnaht, bzw. in einer rauhen Oberfläche der Naht zeigen. Dieses Phänomen tritt verstärkt bei zunehmender Schweißnahtdicke (a-Maß) auf.

Um bei der Schweißung die Problematik „Feuchte“ auszuschalten, sind folgende Punkte zu beachten:

  • Wasser-/Ölabscheider in das Luftsystem einbauen
  • Temperaturunterschiede der Schweißpartner vermeiden (Kondenswasser)
  • Schweißzusatz so trocken wie möglich lagern (z. B. Heizungsräume)
  • Schweißzusatz ggf. vortrocknen (Abluftofen: PE 80 °C/PP 100 °C, mind. 12 h)
  • hohe a-Maße (= 18 mm) in mehreren Arbeitsgängen schweißen

Relative Luftfeuchtigkeit

Bei gleichem Feuchtigkeitsgehalt der Luft verändert sich die relative Luftfeuchtigkeit:

  • sinkt die relative Luftfeuchtigkeit beim Erwärmen und
  • steigt die relative Luftfeuchtigkeit beim Abkühlen

Kühlt die Luft soweit ab, dass die relative Luftfeuchtigkeit den Wert 100 % erreicht, so muss sich bei noch weiterer Abkühlung Wasserdampf aus der Luft als Nebel abscheiden. Die Temperatur, bei der dies geschieht, wird als Taupunkttemperatur bezeichnet. Tauwasser tritt also immer dann auf, wenn die Luft bis unter die Taupunkttemperatur abgekühlt wird.

Gerät

IKS Extrusionsschweißen

Beim tragbaren Extrusionsschweißgerät handelt es sich um ein Schweißgerät, bestehend aus einem Kleinextruder als Plastifiziereinheit, der zum Beispiel durch einen Elektromotor angetrieben wird.

Zum Vorwärmen der Schweißfuge wird ein Gebläse bzw. ein handelsübliches Warmluftgerät mit einem Anschluss zur Luftversorgung fest eingebaut.

 

Das Warmgas Extrusionsschweißen ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

  • Es wird mit einem art- und formmassegleichen Schweißzusatz geschweißt.
  • Der Schweißzusatz ist homogen und vollständig plastifiziert.
  • Die Fügeflächen werden mit Warmluft auf Schweißtemperatur erwärmt.
  • Die Plastifiziertiefe beträgt 0,5– 1,0 mm.
  • Die extrudierte Masse wird mit einem Schweißschuh verteilt und angedrückt.
  • Im Vergleich zum Warmgasschweißen werden bei hoher Nahtgüte und niedrigen Eigenspannungen kürzere Arbeitszeiten und höhere Festigkeitswerte erreicht.

Gestaltung der Schweißschuhe

Der extrudierte Schweißzusatz wird mit einem Schweißschuh, z.B. aus PTFE, verteilt und angedrückt.

Folgende Faktoren sind von der Form dieses Schweißschuhes abhängig:

  • Füllvolumen
  • Füllgeschwindigkeit
  • Materialfluss
  • Nahtverschluss
  • gleichmäßiger Druck

Die Schweißschuhe müssen der jeweiligen Nahtform angepasst werden. Grundsätzlich gilt: Je breiter die Schweißnaht, desto länger soll der Schuh sein (siehe auch DVS 2207-4).

Als Werkstoff für den Schweißschuh kommen nur Kunststoffe mit hoher Wärmebeständigkeit in Frage, bewährt hat sich PTFE. Neben der geforderten hohen Wärmebeständigkeit besitzt dieser Kunststoff gute Gleiteigenschaften und ist antiadhäsiv.

Nachbearbeiten der Schweißnaht

Grundsätzlich sollen Schweißnähte so hergestellt werden, dass kein nachträgliches Bearbeiten notwendig wird. Durch das Extruderschweißen entstandene Schweißnähte sollen eine gleichmäßige glatte Oberfläche und fehlerfrei verschweißte Randzonen aufweisen.

Zur Vermeidung von Kerben in der Nahtwurzel kann eine Wurzel-Gegenlage bzw. eine Nahtsicherung warmgasgeschweißt werden.

Das am Rand des Schweißschuhes gelegentlich austretende Extrudat soll – besonders bei hochbelasteten Verbindungen –- mit entsprechend geformter Ziehklinge abgearbeitet werden.

Vermeidung von Hohlraumbildung im Schweißgut

Hohlräume bilden sich erst nach dem eigentlichen Schweißvorgang. Sie können durch Veränderung der Abkühlgeschwindigkeit, der Schweißschuhgeometrie und in geringem Maße durch Variation der Schweißparameter reduziert werden.

IKS Extrusionsschweißen

Hohlräume treten besonders bei hohen Wanddicken auf. Sie entstehen dadurch, dass nach Erstarren der Nahtoberfläche eine tragfähige Außenhaut gebildet wird, die einer Volumenkontraktion entgegen wirkt. Hohlräume sind zwangsläufig die Folge.

Ein langsames und dadurch lunkerarmes Abkühlen der Schweißnaht erreicht man durch Verwendung eines Abdeckgewebes, z. B. Glaswolle mit Aluminiumfolie, das ausreichende Wärmebeständigkeit und Isolationseigenschaft besitzen muss. Dabei werden gleichzeitig Spannungen im Nahtbereich abgebaut.

Nahtformen

T-Stoß, HV-Naht (halbe V-Naht) mit Kehlnaht, DV-Naht Der Überstand g dient zur Auflage und Führung des Schweißschuhes.

 

Einflussgrößen für einwandfreie Stoßnähte:

  • Sauberkeit von Grundmaterial, Zusatzmaterial, Vorwärmluft
  • Temperatur des Schweißzusatzes
  • Temperatur des Grundwerkstoffes
  • Warmgastemperatur
  • Massedurchsatz des Schweißextrudats
  • Warmgasmenge
  • Schweißgeschwindigkeit (Vorschub)
  • Schweißdruck (Anpressdruck)

Beispiele für die maßliche Gestaltung der Schweißdüse und den Querschnitt der Luftaustrittsöffnung für Schweißarbeiten bis 40 mm (prEN 13705, 1999)

 

Diese Webseite verwendet Cookies.

Wir speichern Informationen über Ihren Besuch in sogenannten Cookies. Sie können der Verwendung von Cookies während des Besuchs dieser Website zustimmen oder sie ablehnen.

Klicken Sie auf zustimmen, kommen beim Besuch unserer Website die technisch notwendigen sowie die optional von Ihnen ausgewählten Cookies zum Einsatz.

Technisch notwendige Cookies

Diese Webseite benutzt Cookies, die für eine saubere Darstellung im Browser und für Ihre Sicherheit sorgen. Die Cookies werden nach dem Verlassen der Website gelöscht. Nähere Informationen in der Datenschutzerklärung.

Google Analytics

Wir würden gerne wissen, welche Seiten besucht worden sind und was unsere Besucher interessiert. Wir erfahren nicht, wer unsere Besucher sind.