Technologie łączenia stosowane w budowie maszyn

6. RODZAJE POŁĄCZEŃ STOSOWANE W BUDOWIE MASZYN

WyróŜniamy następujące rodzaje połączeń części maszyn:

NITOWANIE

Nitowanie – połączenie za pomocą nitu. Jest to proces pracochłonny, zastępowany przez

spawanie. Wykonuje się z aluminium, brązu, Cu, stali, np.: St3N.

Zakuwanie nitu moŜe być ręczne (młotkiem), półręczne (młotek pneumatyczny) lub maszynowo

na nitownicach. Rodzaje nitów to: z łbem kulistym, z łbem płaskim, soczewkowym, grzybkowym,
trapezowy, itd. Rodzaje połączeń nitowych :

mocne – stosowane w konstrukcjach stalowych, wymagana duŜa wytrzymałość złącza,
szczelne – stosowane przy wyrobie zbiorników niskociśnieniowych, wymagana duŜa
szczelność , a mniej wytrzymałość

mocno – szczelne, stosowane przy wyrobie kotłów i zbiorników wysokociśnieniowych,
wymagana duŜa szczelność i wytrzymałość.

LUTOWANIE

Lutowaniem nazywamy łączenie metali przy uŜyciu lutu (spoiwa) z metalu lub z stopu łatwiej

topliwego niŜ metal nim łączony. RozróŜnia się: a) lutowanie miękkie – temperatura od 270 – 300

luty cynowe (LC 30 – najgorszy, LC 90 – najlepszy), lutowanie transformatorowe, lutowanie
oporowe. Materiały pomocnicze i kalafonia zmniejsza napięcie powierzchniowe, b) lutowanie twarde
– temperatura od 600 do 1300

C. Rodzaje lutów: Cu, brąz, mosiądz, Ni, Ag. SłuŜą one do trwalszego

połączenia części metalowych. Zastosowanie: łączenie stali narzędziowych ze stalami zwykłymi,
wlutowywanie węglików spiekanych, łączenie metali kolorowych z metalami Ŝelaznymi.

POŁĄCZENIA KOŁKOWE

Kołki są to łączniki metalowe, które w złączu uniemoŜliwiają wykonywanie względnego ruchu

względem  siebie.  MoŜemy  je  podzielić  w  zaleŜności  od  przeznaczenia  na  mocujące,  ustalające  oraz
zabezpieczające  oraz  ze  wzgl.  na  kształt  na  gładkie  stoŜkowe,  walcowe  –  wymagają  pasowanych
otworów oraz karbowe –  w pobocznicy  walca  wygnieciony jest klin. Ze  wzgl. na  umiejscowienie  w
złączu  na  wzdłuŜne  (najczęściej  zastępują  wpust,  kołek  biegnie  wzdłuŜ  osi  wału);  poprzeczne  oraz
styczne (są mocowane na pograniczu piasty i czopa).

POŁĄCZENIA SWORZNIOWE

Sworzeń jest to grubszy kołek, najczęściej osadzony luźno, który umoŜliwia względny ruch

łączonych elementów. Rodzaje połączeń sworzniowych to: sworznie spoczynkowe (ciasno
pasowany), sworzeń pływający (luźno osadzony na całej długości), sworzeń ruchowy (ciasno
pasowany).

POŁĄCZENIA KLINOWE

Połączenia klinowe to połączenia rozłączne spoczynkowe. Elementem łączącym jest klin. Kliny

są to łączniki metalowe o pochyleniu wzdłuŜnym jednej ze stron 1:100. Rowek w piaście musi mieć
to samo pochylenie. WyróŜnia się dwa typy połączeń klinowych: a) połączenie klinowe wzdłuŜne, b)
klinowe poprzeczne.

a) wzdłuŜne - słuŜą głównie do łączenia piast kół zębatych, pasowych, sprzęgieł, itp. z wałami.

Najczęściej są stosowane kliny wzdłuŜne wpuszczane, osadzone w rowkach wałów i piast, kliny
płaskie i wklęsłe - stosuje się w połączeniach lekkich (mało obciąŜonych), kliny styczne - stosujemy
w połączeniach cięŜkich, przenoszących duŜe momenty skręcające,

kliny poprzeczne (nastawcze) – słuŜą głównie do ustalania wzajemnego połoŜenia

nastawnych części mechanizmów i regulacji luzów.

W czasie montaŜu klin zostaje wbijany w połączenie. Klin przenosi swoją powierzchnią całe

obciąŜenie złącza.

POŁĄCZENIA WPUSTOWE

Wpustami nazywamy łączniki podobne do klinów wzdłuŜnych, lecz niemających pochylenia.

SłuŜą  one  głównie  do  łączenia  wałów  z  piastami  osadzonych  na  nich  części,  ale  nie  zabezpieczają
tych  elementów  przed  przesuwaniem  się  po  wale.  UmoŜliwiają  przenoszenie  momentu  obrotowego
z  wału  i  na  odwrót.  Wykonane  z  prętów  ciągnionych  St5-St7.  Dobiera  się  wymiary  poprzeczne  na
podstawie średnicy wału. Rodzaje a) wpusty pryzmatyczne: zaokrąglone (obustronnie, jednostronnie -
drugi  koniec  ścięty  płaski,  ścięte,  pełne-bez  otworów,  jedno  i  dwuotworowe  oraz  wyciskowe  -
z otworkiem gwintowym na śrubę), b) wpusty czółenkowe (Woodruffa).

POŁĄCZENIA WIELOWPUSTOWE

Wielowpusty stosuje się w połączeniach wymagających dobrego środkowania względem wałka

oraz  moŜliwości  przesuwania  koła  wzdłuŜ  osi  wałka  oraz  zmniejszenie  osłabienia  wałka  rowkami.
Podział:  a)  według  zarysu  (prostokątne,  trójkątne,  ewolwentowe,  trapezowe),  b)  spoczynkowe  i
ruchowe,  c)  odmiany:  lekka  (6-8-10  wpustów,  zaliczamy  do  połączeń  spoczynkowych);  -  średnia
(większa  liczba  wpustów  mogą  pracować  przy  obciąŜeniach  średnich);-cięŜka  (10-16-20  wpustów
stosowane przy duŜych obciąŜeniach zmienianych kierunkowo).

W połączeniach wielowpustowych jest większy nacisk powierzchniowy, rozkład nacisków jest

bardziej równomierny, wielowpusty usztywniają wał, lepsze środkowanie piasty względem czopa,
lepsze prowadzenie koła w połączeniach wielowpustowych, łatwe wykonanie i montaŜ.

POŁĄCZENIA GWINTOWE

Połączenie gwintowe - połączenie rozłączne spoczynkowe, w którym elementem łączącym są

gwintowane łączniki: śruba z nakrętką lub wkręt. W skład połączenia gwintowego wchodzą takŜe
elementy pomocnicze, takie jak podkładki i zawleczki.

Podkładki mają za zadanie ochronę elementów złącza przed zadrapaniem w czasie dokręcania

łącznika oraz niekiedy wraz z zawleczką zabezpieczania przed samoczynnym odkręcaniem się
nakrętki.

Ze względu na rodzaj uŜytego łącznika połączenia gwintowe dzielą się na połączenia śrubowe i

wkrętowe.

6.1

ZGRZEWANIE TWORZYW SZTUCZNYCH

Proces zgrzewania tworzyw termoplastycznych odbywa się w warstwach wierzchnich

łączonych  tworzyw  lub  w  ich  masie,  doprowadzonych  pod  wpływem  ciepła  do  stanu
plastycznego i ciekłego -  w obszarze tym, zachodzi wzajemne przeplatanie się fragmentów
makrocząsteczek (lub ich segmentów), co ułatwia ich wzajemny docisk.
Proces zgrzewania zaleŜy od temperatury, do jakiej nagrzewa się łączone tworzywo, docisku
wywieranego na łączone części, czasu zgrzewania oraz czasu i warunków ochładzania.

Zdolność do zgrzewania tworzyw sztucznych zaleŜy, takŜe od polarności cząstek,

orientacji  struktury,  ilości  wprowadzonego  do  polimeru  zmiękczacza  i  innych  dodatków.
PoniewaŜ  proces  zgrzewania  mam  charakter  dyfuzyjny,  czas  trwania  wywołanego  docisku
wpływa w duŜym stopniu na właściwości mechaniczne złącza.

Ze względu na sposób doprowadzenia ciepła do elementów łączonych proces

zgrzewanie moŜna sklasyfikować następująco:

−

zgrzewanie przy nagrzewaniu od strony łączonych powierzchni (stosuje się do
łączenia grubych elementów), np. za pomocą nagrzanego drutu, listwy, impulsowe.

−

zgrzewanie, w którym ciepło doprowadza się do wewnętrznej strony elementów
łączonych, np. zgrzewanie przy uŜyciu nagrzanego klina lub płyty,

−

zgrzewanie, w którym ciepło jest wytwarzane w warstwach wierzchnich tworzyw
łączonych lub w całej masie tworzyw, np. zgrzewanie tarciowe, drganiowe,
pojemnościowe, ultradźwiękowe, indukcyjne, laserem.

6.1. ZGRZEWANIE PRZY NAGRZEWANIU OD STRONY ZEWNĘTRZNEJ
ŁĄCZONYCH POWIERZCHNI

6.1.1. Zgrzewanie za pomocą nagrzanej taśmy lub drutu

Zgrzewanie za pomocą nagrzanej taśmy lub drutu polega na uplastycznieniu i stopieniu

tworzywa  elementów  łączonych  w  miejscu  docisku  wywieranego  nagrzaną  taśmą
rezystancyjną  lub  drutem,  przez  które  płynie  prąd  elektryczny.  Następnie  odcina  się  taśmę
lub  drut  i  schładza  się  miejsce  zgrzewania.  Metodę  tę  często  stosuje  się  do  zgrzewania
worków i toreb z folii polietylenowej (PE). Schemat zgrzewania z pomocą nagrzanej taśmy
rezystancyjnej przedstawiono na rysunku 6.1.

Rys.  6.1.  Schemat  zgrzewania  za  pomocą
nagrzanej  taśmy  rezystancyjnej:  1  –  folia
zgrzewana,  2  –  taśma,  3  –  zgrzeina,  4  –
elementy dociskowe, np. rolki

6.1.2. Zgrzewanie za pomocą nagrzanej listwy (oporowe lub kontaktowe)

Zgrzewanie za pomocą nagrzanej rezystancyjnie listwy (zagrzewanie kontaktowe) polega

na  ściśnięciu  i  uplastycznieniu  tworzywa  elementów  łączonych  pomiędzy  nagrzaną  listwą
i  zimnym  podłoŜem  lub  dwiema  nagrzanymi  listwami,  następnie  ochłodzeniu  złącza
pozostającego po naciskiem i wyjęciu zgrzanych folii spod listew.

W celu uniknięcia przywierania nagrzanych listew do tworzywa i zmniejszenia strat

ciepła listwy pokrywa się smarami silikonowymi lub między listwy umieszcza się przekładki
z folii teflonowej albo gumy silikonowej, itp.

Schemat zgrzewania za pomocą nagrzanej listwy przestawiono na rysunku 6.2.

a) z jedną listwą grzejną

b) z dwiema listwami grzejnymi

Rys. 6.2. Schemat zgrzewania za pomocą nagrzanej listwy: a) z jedną listwą, b) z dwiema

listwami grzejnymi; 1 – nagrzana listwa z grzejnikiem rezystancyjnym, 2 – przekładka,

3 – folia zgrzewana, 4 – guma silikonowa, 5 – podłoŜe niegrzane

6.1.3. Zgrzewanie impulsowe

Zgrzewanie impulsowe polega na ściśnięciu i uplastycznieniu łączonych elementów

pomiędzy szybko nagrzewanymi i ochładzanymi listwami wraz ze zgrzeiną. Schemat
zgrzewania impulsowego przedstawiono na rysunku 6.3.

Rys.

6.3.

Schemat

zgrzewania

impulsowego:  1  –  listwa  ruchoma,
2  –  izolacja  cieplna,  3  –  element
grzejny,  4  –przekładka,  5  –  folia
zgrzewana, 6 – podłoŜe

W metodzie tej zastosowano ruchomą listwę oporową, o małej pojemności cieplnej, która

pod wpływem krótkotrwałego przepływu prądu elektrycznego o mocy 400 W, od 0,1 do
kilku sekund szybko się nagrzewa, a po wyłączeniu prądu szybko się ochładza. Przy
odbiorze ciepła przez szklaną izolację listwa ściskająca osiąga temperaturę 40

C w czasie od

2 do 3,5 sekund. Dzięki temu podczas wyjmowania zgrzanego wyrobu spomiędzy listew
ś

ciskających nie występuje wzajemne przyklejanie się ich do siebie. Zgrzewanie impulsowe

stosuję się do zgrzewania tylko cienkich tworzyw sztuczny (o grubości od 0,04 do 0,5 mm).

6.2. ZGRZEWANIE PRZY NAGRZEWANIU OD STRONY WEWNĘTRZNEJ
ŁĄCZONYCH POWIERZCHNI

6.2.1. Zgrzewanie nagrzaną płytą

Zgrzewanie za pomocą nagrzanej płyty polega na uplastycznieniu warstwy wierzchniej

łączonych  elementów  wskutek  bezpośredniego  kontaktu  z  płytą  nagrzewaną  elektrycznie
(rezystancyjnie),  następnie  usunięciu  płyty  i  szybkim  dociśnięciu  do  siebie  łączonych
elementów i ochłodzeniu powstałego złącza.

W metodzie tej narzędziem grzewczym jest płyta w kształcie koła pokryta warstwą

teflonu, słuŜąca do zgrzewania elementów o średnicy do 250 mm lub w kształcie pierścienia
do  zgrzewania  elementów  o  większych  średnicach.  Zgrzewanie  gorącą  płytą  moŜna
prowadzić  ręcznie  lub  maszynowo,  z  wykorzystaniem  zgrzewarek  doczołowych
i elektrooporowych.

Stosujemy ją do zgrzewania prętów lub rur z polipropylenu (PP), polietylenu (PE),

polichlorku winylu (PCW).

Schemat zgrzewania za pomocą gorącej płyty przedstawiono na rysunku 6.4.

Rys. 6.4. Schemat zgrzewania z pomocą
gorącej płyty: 1 – płaska nagrzewana płyta,
2 – zgrzewane rury

6.2.2. Zgrzewanie nagrzanym klinem

Zgrzewanie za pomocą nagrzanego klina polega na uplastycznieniu łączonych elementów

z  tworzywa  poprzez  kontakt  z  klinem,  przesuwanym  wzdłuŜ  miejsca  łączenia,  następnie
dociśnięciu  do  siebie  łączonych  elementów  za  pomocą  roli.  Źródłem  ciepła  jest  kolba
lutownicza  z  końcówką  klinową  pokrytą teflonem.  Zgrzewanie  gorącym  klinem  stosuje  się
do  łączenia  folii  ogrodniczych  z  polipropylenu  (PP)  i  polietylenu  (PE),  wykładzin
podłogowych, tkanin powlekanych tworzywami termoplastycznymi, itd. Proces zgrzewania
tą metodą moŜna przeprowadzić ręcznie i automatycznie.

Schemat zgrzewania folii nagrzanym klinem przedstawiono na rysunku 6.5.

Rys.

6.5.

Schemat

zgrzewania

folii

nagrzanym klinem: 1 – folia zgrzewana,
2 – rolka dociskająca

6.3. ZGRZEWANIE PRZY NAGRZNIU WARSTWY WIERZCHNIEJ LUB MASY

6.3.1. Zgrzewanie tarciowe

Zgrzewanie tarciowe tworzyw sztucznych polega na wprawianiu w ruch obrotowy jednej

z łączonych części i dociśnięciu jej do drugiej, dzięki czemu na skutek tarcia wytwarza się
ciepło  w  warstwie  wierzchniej,  powodujących  ich  uplastycznienie.  Następnie  schładza  się
powstałe  złącze  pozostające  pod  naciskiem  i  usuwa  się  wypływki  tworzywa  w  obszarze
zgrzeiny. Zgrzewanie tarciowe stosowane jest do łączenia rur, prętów lub innych elementów
cylindrycznych,  a  takŜe  ścian  zbiorników,  osłon.  Proces  moŜna  prowadzić  przy  pomocy
tokarek,  wiertarek  lub  zgrzewarek  tarciowych.  Zgrzewanie  tarciowe  stanowi  doskonałą
metodę  łączenia  tworzyw  termoplastycznych  wraŜliwych  na  procesy  utleniania,  np.
poliamidu  (PA)  oraz  umoŜliwia  łączenie  ze  sobą  róŜnych  tworzyw  sztucznych,  np.
ABS-PMMA, ABS-PC.

6.3.3. Zgrzewanie pojemnościowe

Zgrzewanie pojemnościowe to metoda polegająca na ściśnięciu i uplastycznieniu

łączonych elementów pomiędzy listwami (elektrodami kondensatora), w którym wytwarzane
jest zmienne pole elektryczne, powodujące nagrzewanie się tworzywa w całej masie,
i następnie ochłodzeniu złącza oraz wyjęciu elementów spod elektrod.

W metodzie tej, elektrody nie są ogrzewane, co powoduje, Ŝe tworzywo nie nagrzewa się

równomiernie (bardziej w środku niŜ w pobliŜu elektrod). Schemat rozkładu temperatury
w procesie zgrzewania pojemnościowego folii o jednakowe grubości przedstawiono na
rysunku 6.5.

Rys. 6.5. Schemat rozkładu temperatury w procesie zgrzewania folii o jednakowej grubości,
o równym współczynniku strat dielektrycznych: 1– elektrody, 2 – folie zgrzewane, 3 – krzywe rozkładu
temperatury.

Tworzywa polimerowe są dielektrykami, które wykazują w polu elektrycznym zjawisko

polaryzacji, czyli uporządkowane ustawienie się róŜnoimiennych ładunków elektrycznych,
zgodnie z kierunkiem linii sił pola.

W wyniku zmian kierunku działania pola, zmieniają się orientacje makrocząsteczek. Na

skutek tarcia związanego z tymi ruchami, wydziela się ciepło, które uplastycznia tworzywa.
Jeśli do okładzin doprowadzi się prąd o dostatecznie wysokiej częstotliwości,
makrocząsteczki zostaną wprowadzone w szybkozmienne drgania.

Metoda słuŜy do łączenia folii PVC. Zgrzewanie pojemnościowe umoŜliwia takŜe

wykonywanie dowolnych złączy o skomplikowanym kształcie i wytrzymałości równej
wytrzymałości folii z PVC. Ze względu na moŜliwość przebicia elektrycznego nie zaleca się
zgrzewania pojemnościowego folii o grubości poniŜej 0,1 mm.

6.3.4. Zgrzewanie ultradźwiękowe

Zgrzewanie ultradźwiękami polega na ściśnięciu i uplastycznieniu elementów z tworzyw

sztucznych

pomiędzy

sonotrodą

(zakończenie

transformatora

ultradźwiękowego),

a  statycznym  kowadłem.  Elementy  łączone  z  tworzyw  sztucznych  zostają  wprowadzone
w szybkie drgania mechaniczne z częstotliwością od 18 do 22 kHz. Wskutek tego następuje
nagrzewanie  powierzchni  styku  spajanych  elementów  do  temperatury  uplastycznienia.
Wywierany  jednocześnie  nacisk  na  miejsca  spajania  powoduje  zgrzewanie  elementów.
Ciepło,  niezbędne  do  uplastycznienia  tworzywa,  wydziela  się  na  powierzchni  złącza  oraz
wewnątrz  zgrzewanych  materiałów  wskutek  tarcia  cząstek  polimeru  wprowadzonych
w mechaniczne drgania. Czas zgrzewania ultradźwiękowego nie przekracza 1-2 s i zaleŜy od
rodzaju tworzywa oraz grubości i kształtu łączonych elementów.

Zgrzewanie ultradźwiękami moŜna podzielić na zgrzewanie bezpośrednie, gdzie drgania

są wprowadzane w odległości od 100 do 250 mm od miejsca zgrzewania oraz pośrednie,
w odległości od 0,5 do 1,5 mm od miejsca zgrzewania. Schemat procesu zgrzewania
ultradźwiękowego bezpośredniego (a) i pośredniego (b) przedstawiono na rysunku 6.6.

a) zgrzewanie ultradźwiękowe bezpośrednie

b) zgrzewanie ultradźwiękowe pośrednie

Rys. 6.6. Schemat procesu zgrzewania ultradźwiękowego bezpośredniego (a) i zagrzewania
pośredniego (b) folii o róŜnej grubości, 1 – sonotroda, 2 – kowadło, 3 – transformator
ultradźwiękowy, 4 – elementy grzejne, 5 – przetwornik ultradźwiękowy.

W metodzie tej, do przetwornika drgań jest doprowadzony z generatora prąd wysokiej

częstotliwości,  który  powoduje  zamianę  drgań  elektrycznych  na  drgania  mechaniczne  o  tej
samej  częstotliwości.  Z  przetwornikiem  jest  połączona  sonotroda,  która  przenosi  drgania
mechaniczne  na  zgrzewane  materiały.  Umieszczony  naprzeciw  sonotrody  trzpień  słuŜy  do
przejmowania  jej  drgań  oraz  do  odprowadzania  wytwarzanego  ciepła.  Zgrzewanie
ultradźwiękami  znalazło  zastosowanie  do  łączenia  tworzyw,  odznaczające  się  wysoką
zdolnością  przenoszenia  drgań  mechanicznych,  czyli  materiały  o  duŜym  module
spręŜystości,  tj.  polimetakrylan  metylu  (PMMA),  poliwęglan  (PC),  politlenek  fenylenu
(PPO),  polistyren  (PS),  poliestry  termoplastyczne  (PET,  PBT)  oraz  poliacetale,  np.
poliformaldehyd (POM).

Metodę

wykorzystuje

się

przemyśle

samochodowym,

opakowaniowym

i farmaceutycznym. Zalety zgrzewania ultradźwiękowego to:

−

niska cena, energooszczędność,

−

nieszkodliwość dla środowiska, eliminacja trujących klejów i rozpuszczalników,

−

krótki czas łączenia (ułamek sekundy),

−

łączone elementy nie muszą być bardzo czyste,

−

moŜliwość łączenia róŜnych materiałów.

6.3.5. Zgrzewanie indukcyjne

Zgrzewanie indukcyjne zachodzi wówczas, gdy w strefie łączenia tworzyw umieszczony

zostanie  przewodnik  elektryczny,  który  nagrzewa  się  w  zmiennym  polu  magnetycznym.
Tworzywo  sztuczne  znajdujące  się  wokół  przewodnika  ulega  uplastycznieniu  wskutek
przewodzenia  ciepła  (w  kierunku  od  przetwornika  do  tworzywa).  DuŜą  wadą  tej  odmiany
zgrzewania jest pozostawanie przewodnika w obszarze zgrzeiny.

Schemat zgrzewania indukcyjnego przedstawiono na rysunku 6.7.

Rys. 6.7. Schemat zgrzewania indukcyjnego: 1 – płyty dociskowe, 2 – cewka indukcyjna, 3 – pierścień

metalowy, 4 – przedmiot zgrzewany

6.9. Zgrzewanie tworzyw sztucznych laserem

Zgrzewanie tworzyw sztucznych laserem naleŜy do metod łączenia, w których jako

ródło ciepła wykorzystana jest skoncentrowana wiązka promieniowania laserowego. Do

metod tych zalicza się metodę, w której wykorzystuje się promieniowanie podczerwone (IR)
z lampy kwarcowo - jodowej, termiczne źródło ciepła. Obydwie metody róŜnią się
wielkością natęŜenia promieniowania, a tym samym zakresem zastosowania. Do zgrzewania
laserem tworzyw sztucznych wykorzystuje się lasery gazowe CO

(zgrzewanie doczołowe),

lasery krystaliczne, Nd: YAG, lasery diodowe duŜej mocy HPDL (zgrzewanie
symultaniczne i konturowe). Zalety zgrzewania laserowego to:

−

Nagrzewanie bezstykowe,

−

Wysoka elastyczność działania przy zmianie geometrii złącza,

−

Minimalne wymiary i duŜa powtarzalność zgrzewanych elementów,

−

Metoda szczególnie przydatna np. do zamykania skrzynek zawierających delikatne
podzespoły elektryczne,

−

Metoda stosowana do łączenia elementów na liniach technologicznych sterowanych
automatycznie,

−

DuŜa wydajność procesu.

Metody

łączenia

laserowego

zalazły

olbrzymie

zastosowanie

przemyśle

motoryzacyjnym (lampy samochodowe,), elektronicznym (karty pamięci, kasety video),
w medycynie (filtry), w przemyśle tekstylnym (łączenie tkanin).

6.5. SPAWANIE TWORZYW SZTUCZNYCH

Spawaniem nazywa się łączenie tworzyw sztucznych, bez wywierania wzajemnego

nacisku  elementów  łącznych,  poprzez  ich  uplastycznienie  i  stopienie  w  miejscu  łączenia.
Spawanie  elementów  następuje  poprzez  złączenie  dodatkowym  materiałem  w  postaci  pręta
spawalniczego.  W  procesie  spawania  wyróŜniamy  kilka  rodzajów  złączy  spawanych,  które
schematycznie przedstawiono na rysunku 6.8.

Rys. 6.8. Rodzaje połączeń spawanych: a – doczołowe, b – zakładkowe, c – nakładkowe, d – teowe,

e – krzyŜowe, f – ukośne, g – kątowe,

Z pokazanych połączeń nie zaleca się stosować połączeń zakładkowych i nakładkowych

(3 i 4) podczas łączenia części grubych, powstaje, bowiem wówczas niekorzystny rozkład
napręŜeń przy obciąŜeniu połączeń. Rodzaje spoin powstających w procesie spawania
przedstawiono na rysunku 6.9.

Rys. 6.9. Rodzaje spoin: a) spoina V, b) spoina X, c) spoina pachwinowa, d) spoina HV, e) spoina K

6.5.1. Spawanie strumieniu gorącego gazu

Spawanie w strumieniu gorącego gazu przy uŜyciu prętów spawalniczych spełniających

rolę spoiwa na dzień dzisiejszy znalazło największe znaczenie praktyczne. Znajduje one
zastosowanie głównie do spawania elementów z twardego PVC, rzadziej zmiękczonych
poliolefin, poliamidów i polimetakrylanu metylu.

Najczęściej stosowanym nośnikiem ciepła jest spręŜone powietrze, które nie powinno

zawierać  oleju  i  wody.  Do  spawania  tworzyw,  podatnych  na  utlenianie  w  podwyŜszonej
temperaturze,  uŜywa  się  obojętnego  gazu  (zwykle  azotu).  Pręty  spawalnicze  o  przekroju
kołowym  o  średnicy  od  2  do  6  mm  wykonywane  są  z  tego  samego  tworzywa,  co  łączone
elementy. Podczas spawania wywiera się na pręt nacisk w kierunku elementów łączonych o
wartości od 5 do 8 N (dla pręta o średnicy 5 mm), albo pręt jest dociskany rolką. Jedynie do
spawania  polimetakrylanu  metylu  (PMMA)  stosuje  się  pręty  wykonane  z  zmiękczonego
polichlorku  winylu  (PVC).  Ze  względu  na  rodzaj  stosowanego  źródła  ciepła  palniki  dzielą
się na palniki elektryczne i gazowe.

Palniki zasilane elektrycznie uŜywa się głównie się do ręcznego spawania tworzyw

gorącym powietrzem. W mniejszym zakresie stosowane są palniki gazowe. Palniki
elektryczne są ogrzewane spiralami oporowymi o mocy 250-500 W i zasilane prądem 220 V
i 50 Hz. Schemat typowego palnika elektrycznego przedstawiono na rysunku 6.10.

Rys. 6.10. Schemat palnika elektrycznego: 1 – grzejnik elektryczny, 2 – rękojeść, 3 –zawór

regulujący dopływ spręŜonego powietrza, 4 – przewód elektryczny, 5 – dysza palnika,

Do palników gazowych stosuje się acetylen, gaz ziemny, płynny gaz propan-butan.

Palniki  są  zasilane  sprzęŜonym  powietrzem  o  ciśnieniu  5  -  40  kPa.  Aby  zwiększyć
wydajność  procesu  i  polepszyć  jakość  wykonywanych  złączy  stosuje  się  coraz  częściej
zmechanizowane,  półautomatyczne  i  automatyczne  urządzenia  do  spawania.  Mechanizacja
i automatyzacja dotyczą takich czynności, jak podawanie, podgrzewanie i prowadzenie pręta
spawalniczego oraz przesuw palnika. Schemat spawania ręcznego przedstawiono na rysunku
6.11.

Rys. 6.11. Schemat spawania ręcznego

Do spawania automatycznego wykorzystuje się urządzenia zwane spawarkami

bezpalnikowymi, czyli tzw. ekstrudery. Automaty zasilane gorącym powietrzem znalazły
doskonałe zastosowanie do spawania geomembran z folii polietylenowej (HDPE), rur
z polipropylenu (PP), wykładzin podłogowych z polichlorku winylu (PVC).

LITERATURA

[1]

Jasiulek P., Zgrzewanie tarciowe tworzyw sztucznych, Tworzyw Sztuczne i Chemia,
6, 2003

[2]

Sikora R., Przetwórstwo Tworzyw Wielkocząsteczkowych, Wyd. Edukacyjne Zofii
Sobkowskiej, Warszawa, 1993.

[3]

Saechtling H., Poradnik Tworzywa Sztuczne, Warszawa, WNT, 2000.

[4]

Skarbiński M., Technologiczność konstrukcji maszyn, Warszawa, WNT 1997.