18 kwietnia 2024


Wytrzymałość spoin
Jak zostało to omówione wcześniej, spawalność żywic jest uzależniona od kilku czynników. Należą do nich:

  • obecność dodatków nieorganicznych – sadza, duże ilości dwutlenku tytanu
  • duży odsetek wypełniaczy w grubych częściach
  • polimery półkrystaliczne w grubych częściach
  • metal na złączu – może powodować spalenie
  • odmienne tworzywa sztuczne– części wzajemnie nierozpuszczalne
  • duża różnica temperatur topnienia
  • tworzywa sztuczne o niskim, krytycznym progu palenia, takie jak poliwęglany

Przestrzenie powietrza na spawach muszą zostać wyeliminowane na spawach. Należy unikać powierzchni wystawionych na działanie lasera, podczas spawania przy dużej gęstości energii. Wytrzymałość spoin, jaka jest osiągalna dla różnych polimerów, zależy od podstawowego składu i konstrukcji spawanej części. Rezultat spawania nie jest zgodny ze standardową regułą praktyczną stosowaną przy spawaniu metalu. To znaczy, że spoina zazwyczaj nie ma większej wytrzymałości niż materiał wyjściowy. Badania przeprowadzone na różnych tworzywach sztucznych, które zostały połączone spoiną doczołową, wskazują wytrzymałość względną, jaką można uzyskać dla tych tworzyw [5]. W badaniu tym wydajność spawania została zdefiniowana jako współczynnik wytrzymałości spoiny próbki spawanej laserowo i materiału wyjściowego (równanie 4).

wzor_2
(równanie 4)

Wytrzymałość materiału wyjściowego określono na podstawie kart produktów tworzyw sztucznych. Tworzywa zostały podzielone na trzy grupy w zależności od ich zdolności do przekazywania energii podczerwieni przy 940 nm.
ABS, acetal, polietylen wysokiej gęstości, nylon 6/6 oraz polietylen o ultra wysokiej masie molekularnej charakteryzują się niską przepuszczalnością (mniej niż 3%).
Polipropylen, polipropylen niskiej gęstości oraz PVDF charakteryzują się dobrą przepuszczalnością  (20 – 50%).
Poliwęglan, PEI, PETG, PMMA, polisufon oraz sztywne PVC charakteryzują się wysoką przepuszczalnością (>80%). Wytrzymałość spoin tych materiałów, po spawaniu laserowym
z zastosowaniem spawu doczołowego, podano na rysunkach 5, 6 i 7. Dla większości części wyniki spawania były dobre, gdyż większość tworzyw osiągnęła wartość ok. 75% wytrzymałości materiału wyjściowego lub większą. Trzy materiały miały stosunkowo niską wytrzymałość spoiny w stosunku do wytrzymałości materiałów wyjściowych. Były to:
• Polietylen o ultra wysokiej masie molekularnej – 0,47
• Nylon 6/6 – 0,45
• Polieteroimid (PEI) – 0,31

wykres1 wykres2 wykres3



Jak wskazuje jego nazwa – polietylen o ultra wysokiej masie molekularnej posiada bardzo wysoką masę molekularną oraz wysoką lepkość stopu. Jest to materiał absorpcyjny, który generuje bardzo skupiony obszar topnienia. Skutkuje to małą ilością stopionego tworzywa oraz niewystarczającym przepływem molekuł pomiędzy podłożami. Nylon 6/6 ma wysoką temperaturę topnienia (Tm = 260°C). Wymaga to dużej gęstości energii w celu stopienia tworzywa. Jednakże zdolność osiągnięcia wysokiego poziomu energii na powierzchni łączenia jest hamowana przez niski przepływ energii podczerwieni (1,6%). Możliwym rozwiązaniem jest zwiększenie koncentracji użytego absorbentu. Polieteroimid (PEI) ma wysoką temperaturę przechodzenia w szkło (Tg = 216°C) i dlatego wymaga dużej gęstości energii, aby utworzyć spoinę. Jednakże podstawa spala się przy energii o dużej gęstości.