La soldadura por extrusión es uno de los procesos utilizados para soldar termoplásticos y compuestos , desarrollado en la década de 1960 como una evolución de la soldadura con gas caliente . Puede ser un proceso manual o automatizado. [1] [2]
El proceso utiliza un cabezal de soldadura que tiene una boquilla para aire caliente y una extrusora que empuja el material de relleno hacia afuera. El proceso implica el calentamiento de las superficies de unión (pegado) mediante calor y adición de material de relleno fundido o plastificado (extruido) que se extruye a través de una matriz (zapata). El extruido se aplica con presión para asegurar una buena unión y luego se deja enfriar la pieza.
Pasos de soldadura
Los pasos de este proceso de soldadura son similares a otros procesos de soldadura de plástico e involucran: [1] [3]
- Preparación de la superficie del material base: mecanizado de la ranura requerida según el diseño de la junta y limpieza de las superficies de contacto raspando. Esto elimina la suciedad y los óxidos de las superficies de unión, que potencialmente contaminarían la soldadura terminada.
- Montaje de la junta soldada: soldadura por puntos de los componentes del material base (mediante soldadura con gas caliente) o mediante un sistema de sujeción
- Soldadura: agregar el extruido mientras se aplica presión
- Acabado del aspecto final de la soldadura - Eliminación de rebabas con un raspador para evitar muescas por tensión. Este paso puede ser necesario o no.
- Enfriamiento: permitir que la pieza se enfríe para que esté lista para su uso.
Se requiere precalentamiento al comienzo inicial de la soldadura. Por lo general, esto se logra usando la boquilla de aire caliente en la pistola de soldadura y ventilando el área de inicio. Una vez que ha comenzado la soldadura, la velocidad de desplazamiento adecuada y el ángulo de la pistola asegurarán que la próxima superficie de contacto se haya precalentado lo suficiente.
El material de relleno es un polímero que se presenta en forma de hebras enrolladas o en gránulos.
Configuración conjunta
La mayoría de las uniones soldadas están diseñadas para ser de una sola pasada, pero las placas de más de 30 mm de espesor requerirán varias pasadas. Debido a que la mayoría de las pasadas están diseñadas para realizarse en una sola pasada, la soldadura por extrusión generalmente requiere menos tiempo en comparación con otros procesos de soldadura de plástico, particularmente su predecesora, la soldadura con gas caliente. [1]
El diseño conjunto incluye:
- Juntas a tope
- Single-V
- Doble V
- Juntas en T
- Juntas superpuestas
Las juntas a tope serán de ranura en V simple o en V doble con un espacio de raíz de 45-90 ° y 0-2 mm. Si suelda una ranura en V doble, la soldadura deberá realizarse en un mínimo de dos pasadas.
Las juntas en T normalmente tendrán un solo bisel de 45-60 ° y un espacio de raíz de 0-2 mm. [1]
Ambas conexiones TYK para tuberías y soldaduras de filete también se pueden lograr.
Aplicaciones
La soldadura por extrusión es un proceso atractivo para aplicaciones que aprovechan su capacidad para soldar secciones gruesas rápidamente. Para algunas aplicaciones, especialmente donde hay piezas de geometría grande donde los métodos de soldadura de plástico más tradicionales (como la soldadura de placa caliente ) no son posibles, la soldadura por extrusión es la única opción factible y económica. En particular, los tanques para desechos líquidos, materiales corrosivos, suministro de agua son aplicaciones comunes. Siempre que se logre una unión de sellado, la soldadura por extrusión también se puede utilizar para aplicaciones de impermeabilización. [2] [4] [5]
Materiales
La soldadura por extrusión ha tenido el mayor éxito en la soldadura de diferentes tipos de poliolefinas . [2] [4]
Los materiales comunes soldados con este proceso son:
- Polietileno (PE), en particular polietileno de alta densidad
- Polipropileno (PP)
- Cloruro de polivinilo (PVC)
- Fluoruro de polivinilideno (PVDF)
Equipo
Si bien hay varias formas de equipos de soldadura por extrusión, hay tres componentes principales que contiene cada configuración de soldadura por extrusión: [1] [2] [6]
Extrusora
La extrusora es la parte de la configuración que realmente alimenta el material extruido a través del sistema. La configuración de la extrusora depende de si el extruido está en forma de gránulos o de hebras enrolladas. Cuando se utilizan hebras enrolladas, la bobina se alimenta a través de un tubo al cabezal de soldadura y luego sale a través de la zapata. Cuando se utilizan gránulos para extruir, los gránulos se introducen en una tolva, luego una extrusora en espiral calentada los empuja a través del cabezal de soldadura y hacia afuera a través de la zapata como material de relleno fundido. Los pellets solo se pueden utilizar cuando la soldadura se realiza en posición plana u horizontal.
Fuente de calor radiante
Para la mayoría de las aplicaciones, la fuente de calor radiante será aire caliente. El aire se calienta y se sopla a través de una boquilla que forma parte de la configuración del cabezal de soldadura. Hay disponibles diferentes geometrías de boquilla y el soldador puede seleccionar una boquilla determinada dependiendo de la configuración de la junta. Aunque hay una boquilla de uso general, ciertas boquillas aseguran un calentamiento más completo o más enfocado de un tipo de junta dado. Aunque normalmente se utiliza aire caliente como medio para precalentar, a veces se utilizan lámparas halógenas como medio para precalentar la superficie de contacto. [1]
Zapata de soldadura
La zapata de soldadura es el troquel al final de la alimentación a través del cual se extruye el material de relleno. Normalmente, el zapato está hecho de politetrafluoroetileno (PTFE) debido a las propiedades antiadherentes del PTFE. Las zapatas de soldadura vienen en varias formas y tamaños según el diseño de la junta que se va a soldar. La zapata de soldadura también tendrá boquillas de guía que evitan que el extruido fundido fluya en una dirección no deseada.
Parámetros de soldadura
Hay varios parámetros de soldadura principales y cada uno de ellos tiene una relación diferente con el proceso de soldadura. Algunos dependen del soldador, mientras que otros se pueden configurar en la máquina antes de que comience la soldadura. Obtener un buen equilibrio de cada parámetro es la clave para lograr soldaduras fuertes y estéticas. La automatización o la habilidad de un soldador experimentado, junto con los parámetros configurados correctamente, darán como resultado soldaduras consistentes y reproducibles. [2]
Velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura o la velocidad de desplazamiento, es la velocidad a la que la soldadura atraviesa la unión soldada. Para un sistema automatizado, la velocidad de soldadura se puede configurar antes de que la máquina comience a funcionar. Con una configuración manual, la velocidad de desplazamiento dependerá del soldador. Si la velocidad de desplazamiento es demasiado rápida, no se depositará suficiente material de relleno, lo que dará como resultado un pequeño cordón de soldadura. Es posible que viajar demasiado rápido tampoco proporcione tiempo suficiente para calentar lo suficiente las superficies de contacto. Esto dará como resultado una mala adhesión del extruido a la superficie de contacto. Esta mala adherencia conduce a una mala resistencia de la pieza soldada. Por el contrario, si la velocidad de desplazamiento es demasiado baja, se depositará demasiado material de relleno, lo que dará como resultado una soldadura poco estética y una posible formación de rebabas que será necesario eliminar. [6]
Posición del cabezal de soldadura
La posición de la pistola de soldadura es esencial para garantizar que el extruido se deposite en el área correcta. Cuando se utiliza un sistema manual, el soldador deberá asegurarse de que el cabezal de soldadura esté orientado correctamente. Si hay desalineación entre la pistola y la junta, el material no se depositará en el área correcta. Para ayudar a guiar al soldador, la zapata de soldadura tendrá una forma específica para una geometría de unión determinada, de modo que la posición se mantenga durante toda la soldadura. [6]
Temperatura del extruido
La temperatura del extruido se fijará en la extrusora antes de que comience la soldadura. La temperatura debe ser lo suficientemente alta como para que el extruido sea lo suficientemente fluido para fluir, pero no tan alta como para que el material de relleno polimérico comience a descomponerse químicamente. La temperatura ideal para el extruido dependerá del polímero que se utilice. [1]
Tasa de flujo de aire y temperatura del aire
Los estudios de han encontrado que la velocidad del flujo de aire y la temperatura son los dos factores más importantes en el desarrollo de la resistencia a la fluencia de las piezas soldadas. Esto se debe a que la velocidad del flujo de aire y la temperatura del aire son los dos factores más importantes en el desarrollo de una capa de fusión antes de soldar. La capa fundida es la capa de polímero fundido en la parte superior de la superficie de contacto. Cuando la capa de fusión alcanza un espesor ideal para soldar, la resistencia a la fluencia de las soldaduras aumenta drásticamente. Sin embargo, al igual que con la temperatura del extruido, la temperatura ideal y la tasa de flujo de aire para el material base dependerán del polímero que se esté soldando. Además, el flujo de aire se puede alterar dependiendo de la forma de la boquilla. [3] [5]
Tasa de extrusión
La velocidad de extrusión es la cantidad de material extruido que se transfiere realmente a la junta en un momento dado. Junto con la temperatura del extruido y la velocidad / temperatura del flujo de aire, la velocidad de extrusión debe equilibrarse para lograr las propiedades ideales de soldadura. Si no se agrega suficiente material, entonces no habrá una fusión completa de la articulación. Por el contrario, si se agrega demasiado relleno, existe la posibilidad de crear rebabas o puntas afiladas en los dedos de la tapa de soldadura. Estos actuarían como elevadores de tensión y disminuirían drásticamente la resistencia de la soldadura tanto en carga dinámica como en fatiga. [5]
Ventajas y desventajas
Ventajas
La principal ventaja de la soldadura por extrusión es que puede lograr tasas de deposición muy altas de material de relleno en una junta, reduciendo así el tiempo de ciclo. En comparación con la soldadura con gas caliente, que es un proceso de soldadura de polímeros que podría tener muchas de las mismas aplicaciones, el tiempo de finalización de una soldadura es hasta 5-6 veces más rápido. [1]
Con los parámetros adecuados, las áreas de fusión de la soldadura en realidad no serán la parte más débil de una pieza polimérica fabricada determinada. [5]
Debido a que muchos de los principales parámetros de soldadura están predeterminados en la máquina, es posible obtener soldaduras consistentes de alta calidad.
Desventajas
Si utiliza soldadura por extrusión manual, el soldador debe tener cierta habilidad para producir soldaduras sólidas. Esto es especialmente cierto cuando se suelda en posiciones verticales o elevadas. Además, una máquina manual podría pesar hasta 12 kg, lo que resultaría engorroso. [1] [2]
Referencias
- ^ a b c d e f g h i Manual de soldadura de plásticos y compuestos . Hanser. 2003. págs. 91-108. ISBN 1-56990-313-1.
- ^ a b c d e f Manual de unión de plásticos: una guía práctica . Norwich, Nueva York: Troughton. 2008. págs. 73–79. ISBN 978-0-8155-1581-4.
- ↑ a b Michel, P. (15 de octubre de 1989). "Un análisis del proceso de soldadura por extrusión". Ingeniería y ciencia de polímeros . 29 : 1376-1381.
- ↑ a b Gehde, Michael (1997). "Soldadura por extrusión de polipropileno". Soldadura en el mundo . 39 : 279-285.
- ↑ a b c d Gehde y Ehrenstein, Michael y Gottfried (15 de abril de 1991). "Estructura y propiedades mecánicas de las soldaduras por extrusión optimizadas". Ingeniería y ciencia de polímeros . 31 : 495–501.
- ^ a b c https://www.youtube.com/watch?v=Z-u8dvlNptM
