압출 용접

Extrusion welding

압출 용접은 열가소성 플라스틱 및 복합재 용접에 사용되는 프로세스 중 하나로, 1960년대에 고온 가스 용접의 발전으로 개발되었습니다.수동 프로세스 [1][2]또는 자동 프로세스일 수 있습니다.

이 공정에서는 고온 공기용 노즐과 필러 재료를 밀어내는 압출기가 있는 용접 헤드를 사용합니다.이 프로세스에서는 다이(슈)를 통해 압출되는 용융 또는 가소성 필러 재료(추출물)를 가열하여 접합(페이징) 표면을 가열합니다.압출액에 압력을 가하여 접합이 양호하도록 한 후 부품을 냉각시킵니다.

용접 단계

이 용접 프로세스의 단계는 다른 플라스틱 용접 프로세스와 유사하며 다음을 포함합니다.[1][3]

  • 기재 표면 준비 - 접합 설계에 따라 필요한 홈을 가공하고 페이잉 표면을 스크랩하여 청소합니다.이렇게 하면 접합 표면에서 먼지와 산화물이 제거되어 완성된 용접이 오염될 수 있습니다.
  • 용접 조인트 장착 - 베이스 재료 구성 요소(핫 가스 용접 사용) 또는 클램핑 시스템을 사용하여 가용접
  • 용접 - 압력을 가하면서 압출물을 추가합니다.
  • 최종 용접 외관 마무리 - 응력 노치를 방지하기 위해 스크레이퍼로 플래시를 제거합니다.이 단계는 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있습니다.
  • 냉각 - 부품을 즉시 사용할 수 있도록 냉각시킵니다.

용접을 처음 시작할 때 예열이 필요합니다.이는 일반적으로 용접 건의 열풍 노즐을 사용하고 시작 부위를 부채질하여 이루어집니다.용접이 시작된 후에는 이동 속도와 건 각도를 적절히 유지하면 페이잉 표면이 충분히 예열될 수 있습니다.

필러 재료는 스풀 가닥 또는 펠릿 형태로 제공되는 폴리머입니다.

조인트 구성

대부분의 용접 조인트는 단일 패스로 설계되지만 두께가 30mm 이상인 플레이트는 여러 패스가 필요합니다.대부분의 패스는 한 번의 패스로 이루어지도록 설계되어 있기 때문에 압출 용접은 다른 플라스틱 용접 공정, 특히 이전의 고온 가스 [1]용접에 비해 일반적으로 수행하는 데 걸리는 시간이 짧습니다.

공동 설계에는 다음이 포함됩니다.

  • 버트 조인트
    • 싱글 V
    • 더블 V
  • T조인트
  • 오버랩 조인트

버트 조인트는 45-90° 및 0-2mm 루트 갭이 있는 싱글 V 또는 더블 V 홈입니다.이중 V 홈을 용접하는 경우 최소 두 번의 패스로 용접을 수행해야 합니다.

T 조인트는 일반적으로 45-60° 및 0-2mm 루트 갭의 [1]단일 베벨을 가집니다.

배관 및 필릿 용접을 위한 TYK 연결부도 모두 가능합니다.

적용들

압출 용접은 두꺼운 부분을 빠르게 용접할 수 있는 능력을 활용하는 응용 분야에 매력적인 프로세스입니다.일부 용도, 특히 기존의 플라스틱 용접 방법(예: 열판 용접)이 불가능한 대형 지오메트리 부품이 있는 경우에는 압출 용접이 유일한 실현 가능하고 비용 효과 옵션입니다.특히 액체 폐기물, 부식성 물질, 급수 탱크가 일반적인 용도입니다.씰링 본드가 확보되는 한 방수 적용에도 압출 용접을 사용할 수 있습니다.[2][4][5]

자재

압출 용접은 다양한 유형의 폴리올레핀 [2][4]용접에서 가장 큰 성공을 거두었습니다.

이 프로세스와 함께 용접되는 일반적인 재료는 다음과 같습니다.

장비.

압출 용접 장비에는 다양한 형태가 있지만, 모든 압출 용접 장치에는 다음과 같은 세 가지 주요 구성 요소가 [1][2][6]포함되어 있습니다.

압출기

압출기는 실제로 시스템을 통해 압출물을 공급하는 설정의 일부입니다.압출기의 설정은 압출물이 펠릿 형태인지 스풀된 가닥 형태인지에 따라 달라집니다.스풀된 스트랜드를 사용할 경우 스풀은 튜브를 통해 용접 헤드로 공급된 후 슈를 통해 배출됩니다.펠릿을 압출액에 사용할 경우 펠릿은 호퍼에 공급되며, 가열된 나선형 압출기는 펠릿을 용접 헤드를 통과하여 슈를 통해 용융 필러로 배출합니다.펠릿은 평탄 또는 수평 위치에서 용접을 수행할 때만 사용할 수 있습니다.

복사 열원

대부분의 애플리케이션에서 복사 열원은 열풍입니다.공기는 가열되어 용접 헤드 설정의 일부인 노즐을 통해 분사됩니다.다양한 노즐 형상을 사용할 수 있으며 용접자는 조인트 구성에 따라 특정 노즐을 선택할 수 있습니다.범용 노즐이 있지만 특정 노즐은 특정 조인트 유형의 보다 철저하거나 집중적인 가열이 보장됩니다.예열을 위한 수단으로 보통 뜨거운 공기가 사용되지만 페이잉 [1]표면을 예열하기 위한 수단으로 할로겐 램프가 사용되기도 합니다.

용접화

용접 슈는 주입재가 압출되는 피드 끝에 있는 금형입니다.일반적으로 신발은 PTFE의 접착되지 않는 특성 때문에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 만들어집니다.용접 슈는 용접되는 조인트 설계에 따라 다양한 모양과 크기가 있습니다.또한 용접 슈에는 녹은 압출물이 원치 않는 방향으로 흐르지 않도록 하는 가이드 니플이 있습니다.

용접 파라미터

몇 가지 주요 용접 매개 변수가 있으며, 각 매개 변수는 용접 프로세스에서 서로 다른 역할을 합니다.일부는 용접기에 의존하며, 다른 일부는 용접을 시작하기 전에 기계에 설정할 수 있습니다.각 매개 변수의 균형을 잘 잡는 것이 강하고 미적인 용접을 실현하는 데 중요합니다.숙련된 용접사의 자동화 또는 기술과 적절히 설정된 매개 변수를 결합하면 일관되고 재현 가능한 [2]용접이 가능합니다.

용접속도

용접 속도 또는 이동 속도는 용접이 용접 조인트를 따라 이동하는 속도입니다.자동화 시스템의 경우 기계가 작동하기 전에 용접 속도를 설정할 수 있습니다.수동 설정 시 이동 속도는 용접공에 따라 달라집니다.이동 속도가 너무 빠르면 주입구가 충분히 쌓이지 않아 용접 비드가 작아집니다.또한 너무 빨리 이동하면 페이잉 표면에 충분한 열을 공급하기에 충분한 시간이 제공되지 않을 수 있습니다.이로 인해 압출물이 페이잉 표면에 밀착되지 않게 됩니다.접착력이 떨어지면 용접 부품의 강도가 떨어집니다.반대로 이동 속도가 너무 낮으면 필러 재료가 너무 많이 침전되어 미각 용접이 이루어지지 않고 섬광 형성이 발생할 수 있으며,[6] 이를 탈거해야 합니다.

용접 헤드 위치

용접 건의 위치는 압출물이 올바른 부위에 부착되도록 하는 데 필수적입니다.수동 시스템을 사용하는 경우 용접자는 용접 헤드가 올바르게 겨냥되었는지 확인해야 합니다.총과 조인트 사이에 정렬이 잘못되면 재료가 올바른 부위에 부착되지 않습니다.용접자를 안내하기 위해 용접 [6]슈는 용접하는 내내 위치가 유지되도록 특정 조인트 형상에 맞게 특수하게 성형됩니다.

압출물의 온도

용접을 시작하기 전에 압출기의 온도가 설정됩니다.온도는 압출액이 흐를 수 있을 만큼 충분히 높아야 하지만 폴리머 필러 재료가 화학적으로 분해되기 시작할 정도로 높으면 안 됩니다.압출물의 이상적인 온도는 사용되는 [1]폴리머에 따라 달라집니다.

통기량 및 온도

의 연구에 따르면 용접 부품의 크리프 강도를 개발하는 데 있어 공기 흐름 속도와 온도가 가장 큰 두 가지 요인인 것으로 나타났습니다.이는 용접 전에 용융층을 개발할 때 공기 흐름 속도와 공기 온도가 가장 큰 두 가지 요소이기 때문입니다.멜트층은 페이잉 표면 위에 있는 용해된 폴리머 층입니다.용융층이 용접하기에 이상적인 두께에 도달하면 용접부의 크리프 강도가 급격히 증가합니다.그러나 압출물의 온도와 마찬가지로 기재의 이상적인 온도와 공기 흐름 속도는 용접되는 폴리머에 따라 달라집니다.또한 노즐의 [3][5]형상에 따라 에어플로우를 변경할 수도 있다.

압출율

압출 속도는 주어진 시간에 실제로 접합부로 전달되는 압출물의 양입니다.이상적인 용접 특성을 달성하기 위해서는 압출물 온도 및 공기 흐름 속도/온도와 함께 압출 속도가 균형을 이루어야 합니다.충분한 재료가 추가되지 않으면 조인트의 완전한 융접이 이루어지지 않습니다.반대로 필러가 너무 많이 첨가되면 용접 캡의 발가락에 섬광이나 날카로운 점이 생길 수 있습니다.이는 응력 상승제로 작용하며 동적 부하와 피로 [5]부하 모두에서 용접 강도를 극적으로 감소시킵니다.

장점과 단점

이점

압출 용접의 주요 장점은 주입재를 접합부에 매우 빠르게 부착할 수 있어 사이클 시간을 단축할 수 있다는 것입니다.고분자 용접 공정인 핫 가스 용접에 비해 용접 완료 시간이 5~6배 [1]빠릅니다.

적절한 매개 변수를 사용하면 용접부의 융접 부위는 실제로 주어진 제작 고분자 [5]부품 중 가장 약한 부분이 아닙니다.

많은 주요 용접 매개변수가 기계에 미리 설정되어 있기 때문에 일관되게 고품질 용접을 할 수 있습니다.

단점들

수동 압출 용접을 사용하는 경우 용접사가 일정한 기술을 가지고 있어야만 소리가 나지 않는 용접을(를) 용접할 수 있습니다.수직 또는 오버헤드 위치에서 용접할 때 특히 그렇습니다.게다가 수동기계는 12kg까지 무거울 수 있어 [1][2]번거롭습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i Plastics and Composites Welding Handbook. Hanser. 2003. pp. 91–108. ISBN 1-56990-313-1.
  2. ^ a b c d e f Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide. Norwich, NY: Troughton. 2008. pp. 73–79. ISBN 978-0-8155-1581-4.
  3. ^ a b Michel, P. (1989-10-15). "An Analysis of the Extrusion Welding Process". Polymer Engineering and Science. 29 (19): 1376–1381. doi:10.1002/pen.760291908.
  4. ^ a b Gehde, Michael (1997). "Extrusion Welding of Polypropylene". Welding in the World. 39: 279–285.
  5. ^ a b c d Gehde and Ehrenstein, Michael and Gottfried (1991-04-15). "Structure and Mechanical Properties of Optimized Extrusion Welds". Polymer Engineering and Science. 31 (7): 495–501. doi:10.1002/pen.760310705.
  6. ^ a b c Plastic Extrusion Welder Australia - How To Weld Plastic Using a Plastic Extrusion Welder. YouTube. Archived from the original on 2021-12-08.