work.info Schweißen November 2011 PVC-C CORZAN Indutrial Grade PVC-CORZAN FM 4910G2
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Inhalt 1 Vorwort 5 2 Warmgachweißen 6 2.1 Arbeitplatz 6 2.2 Nahtvorbereitung 6 2.3 Verfahren 6 2.4 Schweißfehler 8 2.5 Nachbearbeitung der Schweißnähte 9 2.6 Verchweißbarkeit unterchiedlicher Werktofftypen 9 3 Heizelementchweißen 10 3.1 Abkantchweißen 11 3.2 Heizelementtumpfchweißen für Rohre und Formteile 13 3.3 Heizelementmuffenchweißen 17 4 Heizwendelchweißen 18 4.1 Grundbedingungen 18 4.2 Schweißnahtvorbereitung 18 4.3 Schweißvorgang 18 5 Reibchweißen 19 5.1 Verfahren 19 5.2 Schweißvorbereitung 19 5.3 Schweißvorgang 19 6 Etruionchweißen 21 6.1 Vorbereitung 21 6.2 Temperatur 21 6.3 Feuchtigkeiteinflu 22 6.4 Gerät 23 6.5 Nachbearbeitung der Schweißnaht 24 6.6 Vermeidung von Hohlraumbildung im Schweißgut 24 6.7 Nahtformen 25 6.8 Einflugrößen für einwandfreie Stoßnähte 26 11/2011 work.info Schweißen 3
Inhalt 7 Prüfung der Schweißnahtfetigkeit 27 7.1 Manuelle Prüfung 27 7.2 Schweißfaktor (Zugveruch) (DVS 2203, Teil 2) 27 7.3 Technologicher Biegeveruch 28 8 Schweißverbindungen 31 8.1 Getaltfetigkeit von Schweißverbindungen 31 8.2 Lage von Schweißnähten 32 8.3 Spannungen 34 9 Beratung 36 10 Normen und Quellenangaben 37 10.1 DVS-Merkblätter 37 10.2 DIN-Normen 38 10.3 VDI-Richtlinien 38 10.4 KRV-Richtlinien 38 11 Anhang 39 Warmgachweißen 41 Heizelementtumpfchweißen von Platten 42 Heizelementtumpfchweißen von Rohren 48 Heizelementmuffenchweißen 52 SIMONA weltweit 11/2011 work.info Schweißen 4
1 Vorwort Unter Kunttoffchweißen verteht man da unlöbare Verbinden von thermoplatichen Kunttoffen unter Anwendung von Wärme und Druck mit oder ohne Verwendung eine Zuatzwerktoffe. Die irreführenderweie al Kalt- oder Quellchweißung bezeichneten Ver fahren gehören nicht unter dieen Begriff, da hier mit Löung mitteln die Oberfläche angelöt und verklebt wird. Alle Schweißvorgänge finden im platichen Werktoffzutand der Fügeflächengrenzbereiche tatt. Dort ver knüpfen und verchlingen ich die Fadenmoleküle der aufeinandergedrückten Fügeteile zu einer homogenen Werktoffverbindung. Grundätzlich können nur Kunttoffe der gleichen Art, alo z. B. PP mit PP, und innerhalb dieer nur olche mit gleichem oder ähnlichem (benachbarten) Molekular gewicht und gleicher Dichte miteinander verchweißt werden, wobei die Farbgebung unberückichtigt bleiben kann. Einzige Aunahme hierzu bildet die Möglichkeit einer aureichenden Verbindung durch Schweißen von PVC-U mit Acrylgla (PMMA). 11/2011 work.info Schweißen 5
2 Warmgachweißen (iehe auch DVS 2207-3) 2.1 Arbeitplatz 2.3 Verfahren Zu einer Schweißplatzaurütung gehören neben dem Warmgachweißgerät mit Düen (Schnellchweißdüe in 3, 4 und 5 mm Ø, Fächelchweiß- und Heftdüe, Düen für Pro fil drähte), Temperaturmeßgerät, Luft mengen meer, Öl- und Waerabcheider. Temperaturmegeräte oder Temperaturmetationen mit na delförmiger Spitze haben ich al beonder güntig erwieen, da diee ich zur Temperaturmeung in die Düe einchieben laen. Die eakte Meung der Temperatur (nach Tabelle Seite 40 5 mm in der Düe) it eine der Vorbe din gungen für Schweißnähte mit hohem Schweiß faktor (iehe Seite 27). 2.2 Nahtvorbereitung Die wichtigten Nahtformen ind DV-(X)-Naht und V-Naht owie für rechtwinklig zu verchweißende Platten die Kehlnaht. Die Platten müen einwandfrei begradigt ein und auf 30 angefat werden. Da kann mit Hobel, Abrichte, Fräe, Meer oder Ziehklinge gechehen. Die am häufigten gebrauchte Naht it die DV-Naht, bei der man von beiden Seiten im Wechel zur Ver minderung von Verzug chweißt. Für dünnere Platten und bei Kontruktionen, bei denen man nur von einer Seite chweißen kann, empfiehlt ich die V-Naht. Auf eine pangebende Reinigung der Schweißflächen an Platte und Draht kann nicht verzichtet werden. Optimale Werte ergeben ich nur, wenn Grundwerktoff und Draht gleichmäßig platich ind. Die Geräte ind in Abtänden auf Temperatur und Luftmenge zu kontrollieren und ggf. nachzuregeln. Vor dem Anetzen de Schweißdrahte wird die Anfangtelle kurz vorgewärmt, bi die Oberfläche matt wird. Vor jeder neuen Schweißraupe werden der Schweißwult und die bei den hohen Temperaturen bechleunigt auftretenden Oidchichten mit geeigneten Werkzeugen pan gebend augechabt. Zur Verminderung von Verzug it wichtig, da jede Schweißnaht an der Luft aukühlt, bevor eine neue Lage aufgebracht wird. Sollen dickere Platten mit DV-Naht-Vorbereitung verchweißt werden, o it die Platte nach jeder Schweißlage zu wenden, o da die Nähte in ihrer Reihenfolge immer gegenüberliegend angeordnet ind. Beim Schweißen it auf eine gleichmäßig breite erwärmte Zone auf beiden Seiten der Naht in ca. 5 8 mm Breite zu achten. Für eine gute Verbindung von Platten untereinander it die Erzielung eine Doppelwulte wichtig, wobei beide Partner in ihrer platichen Zone verchmelzen. Die Molekülketten fließen ineinander und ein Doppelwult entteht. Schmutz, Fett, Handchweiß, Oidchichten müen zur Erzielung eine hohen Schweißfaktor pangebend entfernt werden. Eine Reinigung mit Löungmitteln genügt nicht. 11/2011 work.info Schweißen 6
Warmgafächelchweißen mit Rundchweißdraht Die wichtigten Schweißnahtformen beim Warmgachweißen Beipiele für den Schweißnahtaufbau V-Naht Plattendicke mm 2 3 4 5 DV-Naht (X-Naht) 4 5 6 8 10 Schweißdraht Anzahl Durchmeer (mm) 1 4 3 3 1 3 und 2 4 6 3 2 (1 4) 2 (3 3) 2 (3 3) 2 (1 3 und 2 4) 2 (6 3) Verwendung der Runddüe Diee Verfahren erfordert mehr handwerkliche Gechick und Fingerpitzengefühl al da Arbeiten mit der Schnellchweißdüe. Der Draht ollte hierbei im rechten Winkel gehalten werden, um Querrien (bei zu pitzem Winkel) und Stauchungen (bei zu tumpfem Winkel) vorzubeugen. Verwendung der Schnellchweißdüe Da Schweißen mit der Schnellchweißdüe lät im Vergleich zum Schweißen mit der Runddüe doppelt o hohe Schweißgechwindigkeiten zu und bringt höhere Sicherheiten. E werden pezielle Düen verwendet, in die der Draht eingeführt und vorgewärmt wird. Der Luftautritt am Düenfuß zur Platte hin it chmal und erwärmt nur eine betimmte notwendige Plattenzone. Für die verchiedenen Drähte in Bezug auf Durchmeer und Profil gibt e entprechende Düen. Verwendung der Heftdüe Da Schweißen mit der Heftdüe dient dem Fiieren der zu verchweißenden Teile. Dabei wird mit Warmluft, aber ohne Zuatzdraht, ein Verchmelzen vorgenommen. Die Heftdüe it bei V-Nähten zu verwenden, um eine einwandfreie Verbindung der Wurzelzonen zu gewährleiten und eine Kerbwirkung bei der Biegung auzuchließen. Empfehlenwert it da Arbeiten mit der Heftdüe auch dann, wenn beipielweie die äußere Getalt eine zu fertigenden Teile mit Anchlüen uw. fetzulegen it. 11/2011 work.info Schweißen 7
Schweißrichtung richtige Schweißtabführung Schweißga (eintellbar) Grifftück Elektricher Anchluß (Leitung eintellbar) Elektricher Heizkörper (auwechelbar) Schweißrichtung falche Schweißtabführung unzuläige Reckung Schweißtab Schweißrichtung falche Schweißtabführung unzuläige Stauchung Schnellchweißdüe Prinzip Warmgafächelchweißen (WF): Schweißtabführung mit der Runddüe Schnellchweißdüe 2.4 Schweißfehler (iehe DVS 2202-1) Platte und Draht wurden nicht gleichmäßig erwärmt (Die erwärmten Zonen link und recht de Schweißdrahte ind nicht gleichmäßig erwärmt.). Temperatur und Luftmenge timmen nicht. Platte und Draht ind nicht genügend gereinigt. Die Luft it nicht waer-, öl- und taubfrei. Die Wurzel der V-Naht it nicht durchgechweißt. Innerhalb der Schweißnahtzone werden Luft einchlüe gebildet. Der Schweißdraht it vom Volumen her nicht aureichend, um Kerben in der Schweißnahtzone au - zu chließen. Fehlende Aurichtung der Platten. Zu chnell gechweißt: Der Schweißdraht it rund geblieben und nicht genügend verformt; dadurch entteht keine oder eine unvolltändige Verbindung. Durch zu hohe Schweißtemperaturen entteht eine thermiche Schädigung. Der vermeintliche Vorteil einer chnelleren Schweißung wird durch thermiche Schädigung der Molekülketten erkauft, wobei im Etremfall die urprünglichen Makromoleküle fat in die Monomeren aufgepalten werden. Die gilt im beonderen für Polyethylen und Polypropylen. 11/2011 work.info Schweißen 8
2.5 Nachbearbeitung der Schweißnähte In der Regel bleibt die Schweißnaht unbearbeitet. Sie kann jedoch auch durch Hobeln, Schleifen, Fräen oder Rapeln abgearbeitet werden, wobei darauf zu achten it, da keine Kerben enttehen. Nach mehrmaligem Schleifen mit Schleifpapier immer feinerer Körnung können Schweißnähte auch poliert werden (z. B. bei PVC, PETG). Die Tabelle mit den Richtwerten für da Warmgachweißen finden Sie auf Seite 40. 2.6 Verchweißbarkeit unterchiedlicher Werktofftypen Grundätzlich können nur Kunttoffe der gleichen Art, alo z. B. PP mit PP, und innerhalb dieer nur olche mit gleichem oder ähnlichem (benachbarten) Molekulargewicht und gleicher Dichte miteinander verchweißt werden, wobei die Farbgebung unberückichtigt bleiben kann. Praktich bedeutet die, da betimmte Werktoffe grundätzlich nur innerhalb einer bzw. zweier benachbarter Schmelzindegruppen mit aureichender Sicherheit miteinander verchweißt werden können. Die Schmelzindegruppen der Werktoffe können den Formmaenbezeichnungen nach DIN EN ISO 1872 T1 (PE) und DIN EN ISO 1873 T1 (PP) entnommen werden. Die zur Verchweißung relevanten MFR-Werte ind den entprechenden Formmaenbezeichnungen zu entnehmen. PE-HD (PE 63/PE 80/PE 100) Rohrleitungteile und Platten mit MFR 0,3 1,7 und MFR 0,2 0,7 ind für die Schweißung miteinander geeignet. Die be deu tet, da die Schmelzvikoität, d. h. da Schmelz verhalten, bei der Erwärmung ehr ähnlich it. Diee Auage it in DVS 2207 Teil 1 enthalten und wurde auch vom DVGW (Deutcher Verband für Ga und Waer) in einer Verlautbarung betätigt. PP-H 100 (Typ 1), PP-B 80 (Typ 2), PP-R 80 (Typ 3) Schweißbarkeit it innerhalb der Schmelzindegruppe 006/012 (MFR 190/5: 0,4 1,0 g/10 min.) gegeben. Diee Auage können Sie in der DVS 2207 Teil 11 nachleen. PVDF Am Markt eitieren zwei durch verchiedene Polymeriationverfahren hergetellte PVDF-Typen, da Emulion-PVDF und da Supenion-PVDF. Ohne auf Detail einzugehen, it fetzuhalten, da Halbzeuge beider Verfahren untereinander mit hohem Verbindungwert verchweißt werden können. Die DVS-Richtlinie 2207 Teil 15 behandelt owohl da Heizelementtumpfchweißen al auch da Muffenchweißen von etrudierten Rohren, gepritzten Formteilen und Platten. Einzige Aunahme hierzu bildet die Möglichkeit einer aureichenden Verbindung durch Schweißen von Hart- PVC mit Acrylgla (PMMA) oder mit SIMOLUX (PETG). 11/2011 work.info Schweißen 9
3 Heizelementchweißen Da Anwärmen findet durch ein bechichtete (PTFE) Heizelement tatt. Die Wärmeübertragung it wegen de direkten Kontakte ehr viel inteniver al beim Warmgachweißen; die Wärmeverteilung über dem Werk toffquerchnitt it güntiger, keine Werktoffzone wird thermich höher belatet al für da Schweißen erforderlich it. Daher ergeben ich ehr pannungarme Verbindungen. Die Schweißung bei der Heiz elementchweißung findet dadurch tatt, da die erwärm - ten Berührungflächen mit einem pezifichen Druck zuammengeführt werden und unter Druck abkühlen. Moderne Geräte ind mit einer Datenerfaung augetattet, die e erlaubt, Schweißparameter zu peichern und Schweißprotokolle auzudrucken. d. Anwärmzeit Im nachfolgenden Teiltück der geamten Taktzeit wird, um einen möglicht gleichmäßigen Wärmeflu im Material zu erzielen, der Anwärmdruck linear gegen Null verringert. Eine charfe Temperaturgrenzzone zwichen platichem und nichtplatichem Material wird vermieden. Spannungen werden abgebaut. e. Umtellzeit Für eine Schweißung mit hohem Schweißfaktor (iehe Kapitel Schweißfaktor, Seite 27) it die chnelle Ver bindung der zu verchweißenden Teile entcheidend. Die gilt in beonderem Maße für PVC und Hochtemperatur-Werktoffe. Für die Schweißnahtgüte ind folgende Punkte auchlag gebend (iehe auch Abbildung auf Seite 11): a. Schweißnahtvorbereitung Die Sauberkeit der zu verchweißenden Fügeteile und de Heizelemente it auch beim Heizelementchweißen erte und wichtigte Gebot. Teflonfolien oder -bechichtungen erleichtern da Reinigen der Heizflächen und verhindern beim Anwärmen da An haften der Kunttoffe am Heizelement. Die it beonder für da Verchweißen von PVC notwendig. b. Heizelementtemperatur In der Regel werden für Halbzeuge größerer Wanddicke niedrigere Temperaturen innerhalb der Toleranzen (iehe Tabellen auf den Seiten 42 bi 51) bei ent prechend längerer Einwirkzeit verwendet. f. Fügedruckaufbauzeit In der Zeit bi zum vollen Druck aufbau wird verhältnimäßig langam der Druck linear anteigend erhöht. Schlagartige Einetzen de vollen Fügedrucke würde da heiße platiche Material au der Schweißzone heraudrücken. Ein ungenügender Schweißfaktor wäre die Folge. g. Fügedruck und Abkühlzeit Fügedruck und Abkühlzeit richten ich nach der Materialart und Wanddicke. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur unter Fügedruck it die volle Fetigkeit der Schweißnaht erreicht. Da Teil kann der Machine entnommen werden. Nicht mit Waer oder Luft abkühlen (Spannungen). c. Angleichzeit Die einwandfrei begradigten Schweißflächen werden gleich mäßig und unter den in den Tabellen (iehe Seiten 42 bi 51) angegebenen Drücken an da heiße Werkzeug gehalten, bi ich ein durchgehender Wult aufgechmolzenen Material zeigt. 11/2011 work.info Schweißen 10
Angleichdruck Angleichdruck Fügedruck Fügedruck Druck Anwärmdruck Zeit Zeit Angleichzeit Anwärmzeit Umtellzeit Aufbauzeit für Fügedruck für Fügedruck Abkühlzeit Schweißzeit Fügezeit Druck-/Zeit-Diagramm; Verfahrenchritte beim Heizelementtumpfchweißen 3.1 Abkantchweißen (iehe auch DVS 2207-14) Diee kombinierte Verfahren (iehe Abbildung Seite 12) it eine Abwandlung de Heizelementtumpfchwei ßen. Die Schneide de Heizchwerte wird mit Druck in den Kunttoff eingechmolzen. Bei größeren Tafeldicken kann vor dem Einchmelzen eine kleine Nut (ca. 0,5 die Plattendicke) eingefrät oder eingeägt werden, um dadurch Anwärmzeit zu paren und den Kunttoff nicht übermäßig lange der Wärme auzuetzen. It die notwendige Tiefe eingechmolzen 2/3 bi 3/4 der Tafeldicke o it auch von der Unterheizung de Heizchwerte oviel Wärme in den Nahtrücken ein gedrungen, da dieer beim anchließenden Abkanten eine echte Warmverformung erhält. In der Regel ind die Heizchwerter um 80 86 angefat, o da eine einwandfreie Kantung für 90 gewährleitet it. Zum Abkanten tumpfer Winkel müen Schwerter verwendet werden, die mit einer chärferen Schneide augerütet ind. An langen abgekanteten Profilen it nach dem Abkühlen oft eine deutliche Wölbung zu erkennen. Außerhalb de Längverzuge ind die Abkühlchrumpfpannungen in der Schweißzone, die durch die von der Hertellung herrührenden Eigenpannungen im Halbzeug noch vertärkt werden, beonder zu beachten. Schmale Seiten chenkel führen zu großem Verzug, breite und dadurch teifere Schenkel zu kleinerem Verzug. E it ferner zweck mäßig, bei größeren Plattendicken ab ca. 6 mm die Rückeite mit einem zweiten Heizchwert (Heizchwert-Breite mindeten 2 Plattendicke) oder mit Heißluft zu erwärmen, um unerwünchten Spannungen vorzubeugen. Abkantungen quer zur Etruionrichtung zeigen deutlich weniger Verzug bzw. Durchbiegung. 11/2011 work.info Schweißen 11
Weiterhin empfehlen wir, ab einer Plattendicke von 10 mm vor dem Schweißvorgang au der Platte panend eine V-Nut in ca. 50 Prozent der Dicke auzufräen oder -ägen. Diee Nut ollte vorgeehen werden, um einen zu hohen Autrieb au der Schweißzone zu vermeiden. Außerdem wird die Schweißzeit durch die geringere Anwärmzeit verkürzt. Richtwerte für da Heizelement-Schwenkbiegechweißen auf der Wegener Biege-Abkantmachine z. B. BV 300 Eingetellte Temperatur C Zeit oben unten je 1 mm Dicke Abkanten PE 220 140 ~ 30 PP 230 150 ~ 45 PVDF 240 160 ~ 45 Biegen PVC 220 170 ~ 30 Abkantchweißen Biegen 11/2011 work.info Schweißen 12
Schweißverfahren: Für die unlöbare Verbindung von SIMONA Rohren und Formteilen empfehlen wir die in der Prai bewährten Ver fahren Heizelementtumpfchweißung (iehe Seite 13) Heizelementmuffenchweißung (iehe Seite 17) Heizwendelchweißen (iehe Seite 18) Siehe auch DVS Richtlinien 2207-1 2207-11 2207-15 für PE für PP und für PVDF 3.2 Heizelementtumpfchweißen für Rohre und Formteile (iehe auch DVS 2207-1, -11 und -15 und Abbildung S. 14) Wenn durch geeignete Maßnahmen Vorwärmen Einzelten Beheizen ichergetellt wird, da eine zum Schweißen aureichende und gleichmäßige Rohrwandtemperatur ein - gehal ten werden kann, darf bei beliebiger Außentemperatur gear beitet werden. Die Taupunktkurve it zu beachten. Die zu verbindenden Teile müen ein gleiche Tempe ra tur niveau aufweien. E ind gegebenenfall Probe chweißun gen anzufertigen und zu prüfen. Die Verbindungflächen der zu chweißenden Teile müen frei von Verunreinigungen ein. Die Reinigung mu unmittelbar vor dem Schweißen erfolgen. Gleiche gilt für da Heizelement, da z. B. mit PE-Reiniger und nicht faerndem Papier zu äubern it. Um ein Anhaften de Rohre am Heizelement zu verhindern bzw. da Ab löen de Rohre zu erleichtern, ollten die Heiz elemente tefloniiert ein. Um eine Abkühlung durch tar ken Wind im Rohr während de Schweißvorgang zu vermeiden, ind die der Schweißtelle entgegengeetzten Rohrenden zu verchließen. Grundbedingungen für da Heizelementtumpf chweißen, Heizelementmuffenchweißen und Heizwen delchweißen: Der Schweißbereich it vor ungüntigen Witte rungeinflüen (z. B. Feuchtigkeiteinwirkung, Wind, tarker Sonnen ein trahlung und Temperaturen unter +5 C) zu chützen. Bei Sonneneintrahlung ind ungleich mäßig erwärmte Rohre durch rechtzeitige Abdecken im Bereich der Schweißtelle auzugleichen. Vor dem Heizelementtumpfchweißen werden die Stirneiten der Rohre panend bearbeitet und mittel Heizelement auf Schweißtemperatur gebracht. Die o platifizierten Schweißflächen werden nach Entfernen de Heizelement unter Druck zuammengefügt. 11/2011 work.info Schweißen 13
Rohr Heizelement Rohr Schweißnahtvorbereitung Die Rohrleitungteile ind vor dem Einpannen in die Schweißmachine aial auzurichten. Die Längbeweg lich keit de anzuchweißenden Teile it durch geeig nete Maßnahmen, z. B. vertellbare Rollen böcke, icher zu tellen. Anwärmen Die zu verbindenden Flächen ind im eingepannten Zutand mit einem Planhobel panabhebend zu bearbeiten. Die Spandicke it 0,2 mm zu wählen. Even tuell in da Rohr gefallene Späne ind mit Hilfe eine auberen Werkzeuge zu entfernen. Keinefall ollten die bearbeiteten Schweißflächen mit den Händen berührt werden. Prinzip de Heizelementtumpfchweißen fertige Verbindung Nach dem Bearbeiten it die Planparallelität zu kontrollieren. Der verbleibende Spalt darf den Wert au der Tabelle auf Seite 15 nicht überchreiten. Gleichzeitig it zu prüfen, da der Veratz der Rohrenden kleiner al 10 Prozent der Rohrwanddicke it. 11/2011 work.info Schweißen 14
Maimale Spaltbreite zwichen den bearbeiteten Schweißenden Rohraußendurchmeer d mm Spaltbreite a mm 355 0,5 400 < 630 1,0 630 < 800 1,3 800 1000 1,5 > 1000 2,0 Schweißvorgang Da auf Schweißtemperatur erwärmte Heizelement (Werte für PE 63/PE 80 iehe Abbildung recht; für PE 100 empfehlen Rohrchweißmachinenherteller un ab hängig von der Wanddicke 220 C) wird zwichen die zu chweißenden Teile gebracht und die Verbindung flächen mit dem richtigen Angleichdruck am Heizelement beideitig angepret. Für PVDF gilt eine Temperatur von 240 ± 8 C, für PP von 210 ± 10 C. Heizelementtemperatur ( C) Wanddicke (mm) Schweißtemperatur PE-HD (PE 63/PE 80) (iehe auch DVS 2207-1) obere Grenze untere Grenze bi 51 angegebenen Werte gebildet hat. Während der jetzt beginnenden Anwärmzeit wird der Anpredruck nahe Null reduziert. Die Temperaturkontrolle erfolgt mit einem chnellan zeigenden Oberflächen-Temperatur-Meßgerät, ggf. unter Verwendung von Wärmeleitpate oder mit IR-Temperatur meß geräten. Die zum Angleichen bzw. Fügen erforderliche Kraft kann au der Schweißfläche und dem pezifichen Druck errechnet werden. Üblicherweie nennen die Schweiß machinenherteller die Werte in Tabellenform, da die meiten Geräte nicht mit Kraftmeung, ondern über eine Pneumatik oder Hydraulik arbeiten. Zu dieem angegebenen Druck it der Werktückbewegungdruck hinzuzuzählen. Letz terer wird beeinflut durch die Reibung der Machinenteile und die Gewichte der zu chweißenden Teile. Nach dem Anwärmen ind die Fügeflächen ohne Bechädigung und Verchmutzung vom Heizelement zu löen. Die Zeit für da Löen der Fügeflächen, da Heraunehmen de Heizelement und die Berührung der Fügeflächen miteinander wird al Umtellzeit bezeichnet und oll o klein wie möglich gehalten werden. Die zu chweißenden Flächen ollen bei Berührung mit einer Gechwindigkeit nahe Null zuammentreffen. Dann it der Druck langam zu teigern (Zeiten iehe Tabellen auf den Seiten 42 bi 51) und bi zur volltändigen Abkühlung aufrecht zu erhalten. Die in den Tabellen angegebenen Werte für den Fügedruck können wegen der unterchiedlichen Berückichtigung de Bewegung drucke der Machine für Platten bzw. Rohre differieren. Da Angleichen it ert abgechloen, wenn ich am geamten Umfang beider zu chweißenden Teile ein Wult gemäß den in den Tabellen auf den Seiten 42 11/2011 work.info Schweißen 15
Da Abkühlen de Schweißnahtbereich bzw. die Anwendung von Kühlmitteln it unzuläig. Bei größeren Rohrwanddicken etwa ab 20 mm kann durch Abdecken de Schweißbereich während der Abkühlzeit eine gleichmäßigere Abkühlung erreicht und damit die Schweißnahtgüte güntig beeinflut werden. Nach dem Fügen mu auf dem geamten Umfang ein gleichmäßiger, auf beiden Seiten durchgehender Doppelwult (iehe Abbildung unten) vorhanden ein. Sollte da Abarbeiten de Schweißwulte gefordert ein, o it diee bevorzugt vor der volltändigen Abkühlung nach ca. 2 /3 der Abkühlzeit vorzu nehmen. Bei der panabhebenden Nachbearbeitung de kalten Wulte beteht die Gefahr, da Kerben eingebracht werden. Bei harten Werktoffen wie z. B. PVDF oder PP-H kann e zu Materialaubrüchen kommen. Wultaubildung beim Heizelementtumpfchweißen 11/2011 work.info Schweißen 16
3.3 Heizelementmuffenchweißen (iehe auch DVS 2207-1, -11 und -15) Grundbedingungen Rohr- und Rohrleitungteil werden überlappend ge chweißt. Mit Hilfe eine muffen- bzw. tutzenförmigen Heizelemente werden beide Flächen auf Schweiß temperatur erwärmt und anchließend verbunden. Rohr ende, Heizelement und Muffe ind maßlich o aufeinander abgetimmt, da ich beim Fügen ein Fügedruck aufbaut. Bei den Rohrdurchmeern 63 mm PE-HD und PP 50 mm PVDF it eine geeignete Schweißvorrichtung zu verwenden. Schweißvorgang Die Schweißwerkzeuge werden auf 260 ± 10 C beheizt. Die Temperaturkontrolle erfolgt mit einem chnell anzeigenden Oberflächen-Temperatur- bzw. IR-Meßgerät. Zum An wärmen wird zunächt der Fitting bi zum Anchlag und dann da Rohr bi zur Markierung auf- bzw. ein ge choben. Die zu chweißenden Teile ind gemäß Zeit angaben der Tabellen (iehe Seiten 52 und 53) zu erwärmen. Nach Ablauf der Anwärmzeit ind Fitting und Rohr vom Heizelement ruckartig abzuziehen und ohne Verdrehen und Verkanten bi zur Markierung bzw. zum Anchlag zuammenzuchieben. Die gefügten Teile müen entprechend der Tabellen auf Seite 52 und 53 fiiert und abgekühlt werden. Schweißnahtvorbereitung Die Verbindungfläche de Rohre it mit einem Schäl werkzeug pangebend zu be a rbeiten. Hierbei Heizelement ind die zu verwendenden Heizelemente nach DVS-Richtlinie 2208-1 (Tabellen 7 und 8) zu berückichtigen. Der Fitting it innen mit einem Rei ni gung - Fitting Heizdorn Heizbuche Rohr mittel (z. B. Tangit-Reiniger, Fa. Henkel) und augfähigem, nicht faerndem Papier gründlich zu äubern. Da Rohrende it außen ca. 15 anzuchrägen auf 2 mm Breite bei Durchmeern bi 50 mm 3 mm Breite bei größeren Durchmeern. Bei allen Schweißungen it danach eine Markierung für die Eintecktiefe auf den Rohrenden anzubringen. Anwärmen Fertige Verbindung Prinzip de Heizelementmuffenchweißen 11/2011 work.info Schweißen 17
4 Heizwendelchweißen (iehe auch DVS 2207-1 und -11) 4.1 Grundbedingungen Die Verbindungflächen, d. h. Rohroberfläche und Muffen inneneite, werden mit Hilfe in der Muffe eingebetteter Widertanddrähte (Heizwendel) durch elektrichen Strom auf Schweißtemperatur erwärmt und gechweißt. Diee Verfahren it derzeit bei PE-HD und PP anwendbar. werden vor dem Schweißen entprechend Durchmeer und Nenndruck de Rohre am Schweißgerät eingetellt bzw. mit einem Leetift eingeleen. Mittel Schweißkabel werden Gerät und Fitting verbunden. Der Schweißvorgang elbt läuft automatich ab; bei modernen Geräten werden Schweißprotokolle ertellt. Die Rohrverbindung kann ert nach dem Abkühlen bewegt werden. 4.2 Schweißnahtvorbereitung Rohr Fitting mit Heizwendeln Rohr Für ein einwandfreie Schweißen im Heiz wendelchweiß verfahren ind aubere Oberflächen von entcheidender Bedeutung. Die Oberfläche der Rohre muß im Bereich der Schweißzone mit einer Ziehklinge oder einem Rotationchaber bearbeitet werden. Die Innenkante it zu entgraten und die Außenkante Zuleitung zum Schweißgerät gemäß Abbildung recht unten abzurunden. Aufchmelzen Der Fitting it innen mit einem Spezialreiniger (z. B. Tangit-Reiniger, Fa. Henkel) und augfähigem, nicht faernden Papier gründlich zu äubern. Die Unrundheit de Rohre darf im Schweißbereich 1,5 Prozent de Außendurchmeer ma. 3 mm nicht über chrei ten. Sont ind entprechende Runddrück klemmen zu verwenden. Beim Aufchieben de Fitting it darauf zu achten, da die Teile weder verkantet noch gewaltam eingeführt werden, da ont die Heizwendel verchoben oder bechädigt werden könnte. Prinzip de Heizwendelchweißen fertige Verbindung 4.3 Schweißvorgang E darf nur ein auf den verwendeten Fitting abgetimmte Schweißgerät verwendet werden. Die Werte Vorbereitung der Rohrenden anchrägen 11/2011 work.info Schweißen 18
5 Reibchweißen 5.1 Verfahren 5.3 Schweißvorgang Beim Reibchweißen wird ohne Zufuhr von Wärmeenergie und vorzugweie ohne Zuatzwerktoff die zum Schweißen notwendige Platifizierung durch Gegen ein ander reiben der zu chweißenden Teile an der Ver bindung fläche im Werktoffwult erzeugt und unter Druck gechweißt. Dabei wird meit ein Werktück drehend gegen ein fettehende bewegt, wobei die rotationymmetrichen Verbindungflächen entweder Stirnflächen oder Um fang flächen ein können. Die zu chweißenden Werktücke werden in eine Vorrichtung eingepannt (iehe Abbildung Seite 20); dann wird da eine Werktück drehend gegen da andere meit fettehende bewegt. Nach Erreichen der Schweißtemperatur der richtige Zeitpunkt it daran erkennbar, da überall am Umfang platifizierte Material autritt wird die Verriegelung de fettehenden Werk tücke gelöt und damit die Drehbewegung beider Werk tücke gegeneinander o chnell wie möglich beendet. Der Fügedruck wird bi zur aureichenden Abküh lung aufrechterhalten. 5.2 Schweißvorbereitung Die Verbindungflächen der zu chweißenden Teile müen frei von Verunreinigungen ein. Reini gungmittel, die auf den Kunttoff löend oder quellend wirken, dürfen nicht verwendet werden. Stumpfnaht Für da Gelingen der Schweißung it die geometriche Aubildung der Verbindungflächen von Bedeutung. Beim Stumpftoß von Teilen bi etwa 30 40 mm Durchmeer müen die Verbindungflächen plangedreht werden, während bei Teilen mit einem Durchmeer über 40 mm eine oder beide Ver bindungflächen durch panende Bearbeitung leicht ballig zu getalten ind. Schweißen der Naht Kugelnaht Dünnwandige Teile (Rohre) ind im Bereich der Verbindungflächen in geeigneter Weie zu tützen. 11/2011 work.info Schweißen 19
Die weentlichen Einflugrößen beim Reibchweißen ind: Anwärmdruck: Druck, mit dem die Ver bin dungflächen während der Drehbewegung gegeneinander ge drückt werden Anwärmzeit: Zeit, während der Anwärm druck wirkam it Fügedruck: Druck zum Fügen der zu chweißenden Teile Fügezeit: Zeit, während der Fügedruck wirkt Abhängig vom Durchmeer der Schweißfläche arbeitet man in der Prai mit Umfanggechwindigkeiten von etwa 1 4 m/. Die Werktoff-, Werktück- und untereinander abhängigen Schweißbedingungen (z. B. Reib ge chwindigkeit, Anwärm- und Fügedruck) muß der Schweißer in Vorveruchen für den jeweiligen An wendung fall ermitteln. Der Anwärmdruck (Reibdruck) und Fügedruck (Schweißdruck) beträgt für Polyolefine und PVC-U ca. 0,5 1,5 N/ mm 2. Dabei gilt e, den Reibdruck o niedrig zu halten, damit der platich werdende Kunttoff nicht au dem Verbindungtoß heraugechleudert werden kann. Plancheibe Werktücke Körnerpitze drehbar Antrieb Haltevorrichtung, gepannt Haltevorrichtung, entpannt Prinzip de Reibchweißen link: vorbereitet zum Schweißen; recht: fertig gechweißt 11/2011 work.info Schweißen 20
6 Etruionchweißen (iehe auch DVS 2207-4) Da Etruionchweißen wird u. a. zum Verbinden dickwandiger Teile verwendet. E wird mit einem artgleichen Schweißzuatz gechweißt. Für PVC-U kann diee Ver fahren nur bedingt eingeetzt werden (Rückprache mit dem Etruderherteller). Für PVDF ind, ggf. nach Rück prache mit dem Etruderherteller, Spezial chnecken zu verwenden. 6.1 Vorbereitung Unmittelbar vor dem Verchweißen müen owohl Verbindungflächen und angrenzende Bereiche al auch gechädigte Oberflächen (beonder bei Witterung- und Chemikalieneinflüen) bi auf ungechädigte Zonen mechanich abgearbeitet werden. Reinigungmittel (z. B. Aceton), die die Kunttoffoberfläche angreifen oder verändern, dürfen nicht verwendet werden. Beipiel: Material PP, Plattentärke 10 mm, V-Stoß 60 80, geeignete Etruder, Draht PP 4 mm Eintellungen: 60 Öffnungwinkel, Luftpalt 1 mm (iehe Vorbereitung der Schweißzone), T M = 225 230 C, T L = 275 295 C, Abtand der Vorwärmdüe zum Grundmaterial 10 15 mm, Autoßleitung de Etruder ca. 1,5 kg/h ergibt 150 175 mm/min Schweißgechwindigkeit. Schweißgechwindigkeit: < 20 cm/min bei PE/PP bei 10 mm Wandtärke Zonen der Vorbereitung Reinigung der Schweißzonen 6.2 Temperatur Temperatur Temperatur de Etrudat gemeen am Düenautritt C Lufttemperatur gemeen in der Warmluftdüe C Luftmenge (angeaugte Kaltluftvolumen) l/min PE-HD 210 230 250 300 300 PE FOAM 210 230 250 300 300 PP-H, B, R 210 240 250 300 300 PP FOAM 210 240 250 300 300 PVC-U 170 180 300 360 300 PVC-C 195 205 300 360 300 PVDF 240 260 280 350 300 11/2011 work.info Schweißen 21
6.3 Feuchtigkeiteinflu Kunttoffe, auch Schweißzuätze au Polyolefinen, können unter betimmten Bedingungen Feuchtigkeit an der Oberfläche aufnehmen. Unteruchungen bei einem namhaften Rohtoffherteller und bei SIMONA ergaben übereintimmend folgende Beurteilung: Der Schweißzuatz nimmt in Abhängigkeit von Material- und Umgebungbedingungen Feuchtigkeit an der Oberfläche auf. Beim Etruionchweißen kann ich diee angelagerte Feuchte in Form von Lunkern in der Schweißnaht, bzw. in einer rauhen Oberfläche der Naht zeigen. Diee Phänomen tritt vertärkt bei zunehmender Schweiß nahtdicke (a-maß) auf. Um bei der Schweißung die Problematik Feuchte auzuchalten, empfehlen wir, folgende Punkte zu beachten: Waer-/Ölabcheider in da Luftytem einbauen Temperaturunterchiede der Schweißpartner vermeiden (Kondenwaer) Schweißzuatz o trocken wie möglich lagern (z. B. Heizungräume) Schweißzuatz ggf. vortrocknen (Abluftofen: PE 80 C/PP 100 C/PVC 60 C, mind. 12 h) hohe a-maße ( 18 mm) in mehreren Arbeitgängen chweißen Relative Luftfeuchtigkeit Formel: vorh. Feuchtigkeitmenge 100 rel. Luftfeuchtigkeit [%] = ma. Feuchtigkeitmenge Bei gleichem Feuchtigkeitgehalt der Luft verändert ich die relative Luftfeuchtigkeit: inkt die relative Luftfeuchtigkeit beim Erwärmen und teigt die relative Luftfeuchtigkeit beim Abkühlen Kühlt die Luft oweit ab, da die relative Luft feuchtigkeit den Wert 100 % erreicht, o mu ich bei noch weiterer Abkühlung Waerdampf au der Luft al Nebel abcheiden. Die Temperatur, bei der die gechieht, wird al Taupunkttemperatur bezeichnet. Tauwaer tritt alo immer dann auf, wenn die Luft bi unter die Taupunkt temperatur abgekühlt wird. Mit der auf der nächten Seite folgenden Tabelle können Sie die Taupunkt temperatur ermitteln. Bei einer vorge ge benen Tempe ratur von 20 C und einer relativen Luft feuchtigkeit von 60 % ergibt ich zum Beipiel eine Taupunkttemperatur von 12 C. Kehlnaht, a-maß 11/2011 work.info Schweißen 22
Taupunkttemperatur der Luft in Abhängigkeit von Temperatur und relativer Feuchte der Luft Lufttemperatur Taupunkttemperatur 1) in C bei einer relativen Luftfeuchte von C 30 % 35 % 40 % 45 % 50 % 55 % 60 % 65 % 70 % 75 % 80 % 85 % 90 % 95 % 30 10,5 12,9 14,9 16,8 18,4 20,0 21,4 22,7 23,9 25,1 26,2 27,2 28,2 29,1 29 9,7 12,0 14,0 15,9 17,5 19,0 20,4 21,7 23,0 24,1 25,2 26,2 27,2 28,1 28 8,8 11,1 13,1 15,0 16,6 18,1 19,5 20,8 22,0 23,2 24,2 25,2 26,2 27,1 27 8,0 10,2 12,2 14,1 15,7 17,2 18,6 19,9 21,1 22,2 23,3 24,3 25,2 26,1 26 7,1 9,4 11,4 13,2 14,8 16,3 17,6 18,9 20,1 21,2 22,3 23,3 24,2 25,1 25 6,2 8,5 10,5 12,2 13,9 15,3 16,7 18,0 19,1 20,3 21,3 22,3 23,3 24,1 24 5,4 7,6 9,6 11,3 12,9 14,4 15,8 17,0 18,2 19,3 20,3 21,3 22,3 23,1 23 4,5 6,7 8,7 10,4 12,0 13,5 14,8 16,1 17,2 18,3 19,4 20,3 21,3 22,2 22 3,6 5,9 7,8 9,5 11,1 12,5 13,9 15,1 16,3 17,4 18,4 19,4 20,3 21,2 21 2,8 5,0 6,9 8,6 10,2 11,6 12,9 14,2 15,3 16,4 17,4 18,4 19,3 20,2 20 1,9 4,1 6,0 7,7 9,3 10,7 12,0 13,2 14,4 15,4 16,4 17,4 18,3 19,2 19 1,0 3,2 5,1 6,8 8,3 9,8 11,1 12,3 13,4 14,5 15,5 16,4 17,3 18,2 18 0,2 2,3 4,2 5,9 7,4 8,8 10,1 11,3 12,5 13,5 14,5 15,4 16,3 17,2 17 0,6 1,4 3,3 5,0 6,5 7,9 9,2 10,4 11,5 12,5 13,5 14,5 15,3 16,2 16 1,4 0,5 2,4 4,1 5,6 7,0 8,2 9,4 10,5 11,6 12,6 13,5 14,4 15,2 15 2,2 0,3 1,5 3,2 4,7 6,1 7,3 8,5 9,6 10,6 11,6 12,5 13,4 14,2 14 2,9 1,0 0,6 2,3 3,7 5,1 6,4 7,5 8,6 9,6 10,6 11,5 12,4 13,2 13 3,7 1,9 0,1 1,3 2,8 4,2 5,5 6,6 7,7 8,7 9,6 10,5 11,4 12,2 12 4,5 2,6 1,0 0,4 1,9 3,2 4,5 5,7 6,7 7,7 8,7 9,6 10,4 11,2 11 5,2 3,4 1,8 0,4 1,0 2,3 3,5 4,7 5,8 6,7 7,7 8,6 9,4 10,2 10 6,0 4,2 2,6 1,2 0,1 1,4 2,6 3,7 4,8 5,8 6,7 7,6 8,4 9,2 1) Näherungweie darf gradlinig interpoliert werden. 6.4 Gerät Beim tragbaren Etruionchweißgerät handelt e ich um ein Schweißgerät, betehend au einem Kleine truder al Platifiziereinheit, der zum Beipiel durch einen Elektromotor angetrieben wird. Granulattrichter oder Drahtpule Luftverorgung Zum Vorwärmen der Schweißfuge wird ein Gebläe bzw. ein handelübliche Warmluftgerät mit einem Anchlu zur Luftverorgung fet eingebaut. Drahtvorchub Kleinetruder Warmgagerät Schweißchuh Etruder 11/2011 work.info Schweißen 23
Da Warmga-Etruionchweißen it durch folgende Merkmale gekennzeichnet: E wird mit einem art- und formmaegleichen Schweißzuatz gechweißt. Der Schweißzuatz it homogen und volltändig platifiziert. Die Fügeflächen werden mit Warmluft auf Schweißtemperatur erwärmt. Die Platifiziertiefe beträgt 0,5 1,0 mm. Die etrudierte Mae wird mit einem Schweißchuh in Form gebracht und angedrückt. Im Vergleich zum Warmgachweißen werden bei hoher Nahtgüte und niedrigen Eigenpannungen kürzere Arbeitzeiten und höhere Fetigkeitwerte erreicht. Getaltung der Schweißchuhe Der etrudierte Schweißzuatz wird mit einem Schweißchuh, z. B. au PTFE, in Form gebracht und angedrückt. Folgende Faktoren ind von der Form diee Schweißchuhe abhängig: Füllvolumen Füllgechwindigkeit Materialflu Nahtverchlu /-form gleichmäßiger Druck 6.5 Nachbearbeitung der Schweißnaht Grundätzlich ollen Schweißnähte o hergetellt werden, da kein nachträgliche Bearbeiten notwendig wird. Etruionchweißnähte ollen eine gleichmäßige glatte Oberfläche und fehlerfrei verchweißte Randzonen aufweien. Zur Vermeidung von Kerben in der Nahtwurzel kann eine Wurzel-Gegenlage bzw. eine Nahticherung warmgagechweißt werden. Da am Rand de Schweißchuhe gelegentlich autretende Etrudat oll beonder bei hochbelateten Verbindungen mit entprechend geformter Ziehklinge kerbfrei abgearbeitet werden. 6.6 Vermeidung von Hohlraumbildung im Schweißgut Hohlräume bilden ich ert nach dem eigentlichen Schweißvorgang. Sie können durch Veränderung der Abkühlgechwindigkeit, der Schweißchuhgeometrie und in geringem Maße durch Variation der Schweißparameter reduziert werden. Die Schweißchuhe müen der jeweiligen Nahtform angepat werden. Grundätzlich gilt: Je breiter die Schweißnaht, deto länger oll der Schuh ein (iehe auch DVS 2207-4). Al Werktoff für den Schweißchuh kommen nur Kunttoffe mit hoher Wärmebetändigkeit in Frage, bewährt hat ich PTFE. Neben der geforderten hohen Wärmebetändigkeit beitzt dieer Kunttoff gute Gleiteigenchaften und it antiadhäiv. V-Naht Aubildung eine Schweißchuh Kehlnaht 11/2011 work.info Schweißen 24
Hohlräume treten beonder bei hohen Wanddicken auf. Sie enttehen dadurch, da nach Ertarren der Naht oberfläche eine tragfähige Außenhaut gebildet wird, die einer Volumenkontraktion entgegen wirkt. Hohlräume ind zwangläufig die Folge. Ein langame und dadurch lunkerarme Abkühlen der Schweißnaht erreicht man durch Verwendung eine Abdeckgewebe, z. B. Glawolle mit Aluminiumfolie oder Tetiltuch. 6.7 Nahtformen T-Stoß, HV-Naht (halbe V-Naht) mit Kehlnaht, DV-Naht Der Übertand g dient zur Auflage und Führung de Schweißchuhe. Dabei werden gleichzeitig Spannungen im Nahtbereich abgebaut. vorbereitete Schweißfuge 3 mm vorbereitete Schweißfuge T-Stoß, HV-Naht mit Kehlnaht gechweißte Naht g 10 mm Obernaht gechweißt Wurzel augearbeitet vorbereitete Schweißfuge T-Stoß mit Doppel-HV-Naht gechweißte Naht g 10 mm Unternaht gechweißt Stumpftoßnaht mit DV-Naht Schweißnaht ohne Spalt 11/2011 work.info Schweißen 25
6.8 Einflugrößen für einwandfreie Stoßnähte Sauberkeit von Grundmaterial, Zuatzmaterial, Vorwärmluft Maetemperatur de Schweißzuatze Maetemperatur de Grundwerktoffe Warmgatemperatur Maendurchatz de Schweißetrudat Warmgamenge Schweißgechwindigkeit (Vorchub) Schweißdruck (Anpredruck) Beipiele für die maßliche Getaltung der Schweißdüe und den Querchnitt der Luftautrittöffnung für Schweißarbeiten bi 40 mm (DIN EN 13705, 2004) Schweißnahtprofil V-Profil X-Profil T-Profil Winkelprofil Überlappung X (mm) Düe bi 16 von 17 bi 21 von 21 bi 30 von 25 bi 40 18.00 23.00 32.00 48.00 18.00 18.00 18.00 23.00 23.00 23.00 32.00 32.00 32.00 48.00 48.00 48.00 18.00 23.00 32.00 48.00 18.00 18.00 23.00 23.00 32.00 48.00 18.00 23.00 32.00 32.00 48.00 48.00 11/2011 work.info Schweißen 26
7 Prüfung der Schweißnahtfetigkeit 7.1 Manuelle Prüfung 200 mm DVS-Richtlinie 2203-5: Diee Auführung de technologichen Biegeveruche it eine einfache, orientierende Werktattprüfung. Vom Kräfteaufwand it diee Methode begrenzt auf Probendicken 10 mm. Die Probe wird mit der abgearbeiteten Schweißnaht über einen gerundeten 6 mm dicken Steg bei zügiger Kraft aufbringung (iehe Abbildung recht) bi zum Bruch beziehungweie oweit gebogen, da die freien Enden der Probe am Steg anliegen. 6 mm Schematiche Dartellung de mechanichen Veruch 7.2 Schweißfaktor (Zugveruch) (DVS 2203-5) Schweißfaktor Warmgachweißen Heizelementtumpfchweißen Etruionchweißen Kurzzeit-Faktor Langzeit-Faktor Kurzzeit-Faktor Langzeit-Faktor Kurzzeit-Faktor Langzeit-Faktor PE-HWU/-HWST 0,8 0,4 0,9 0,8 0,8 0,6 PP-DWU/-DWST 0,8 0,4 0,9 0,8 0,8 0,6 PVC-CAW/-MZ/-C 0,8 0,4 0,9 0,6 PVDF 0,8 0,4 0,9 0,6 Die Kurzzeitfaktoren gelten für Belatungzeiten bi zu einer Stunde. Für die Bauteilberechnung ind omit nur die Langzeitfaktoren zu verwenden. Der Schweißfaktor gibt da Verhältni der Zugfetigkeit der Schweißnaht zur Zugfetigkeit de Grundwerk toffe an: Zugfetigkeit der Schweißnaht Zugfetigkeit de Grundwerktoffe 11/2011 work.info Schweißen 27
7.3 Technologicher Biegeveruch (DVS 2203-5) Der technologiche Biegeveruch dient in Verbindung mit anderen Prüfungen der Beurteilung der Schweißauführung. Biegewinkel und Bruchbild laen auf die Verformbarkeit der Verbindung und damit auf die Qualität der Schweißnahtauführung chließen. Da Zeittandverhalten einer Schweißverbindung läßt ich durch die Biegeveruchergebnie nur bedingt ermitteln. Schematiche Dartellung de machinellen Veruch Abmeungen der Veruchanordnung und Probenkörper (DVS 2203-5) Probekörper Dicke Nennmaß Breite b mm Mindetlänge L 1 Stützweite L S Biegetempeldicke a mm Rohr Tafel mm mm mm 3 < 5 0,1 d 1) 20 150 80 4 5 < 10 min.: 6 20 200 90 8 10 < 15 ma.: 30 20 200 100 12,5 15 < 20 30 250 120 16 20 < 30 30 300 160 25 1) Nenndurchmeer Prüfgechwindigkeit Werktoff Prüfgechwindigkeit mm/min PE-HD 50 PP-R 50 PP-H, -B 20 PVDF 20 PVC-U 10 11/2011 work.info Schweißen 28
Abhängigkeit der Mindetbiegewinkel für SIMONA-Halbzeuge von der Probendicke 180 90 150 75 120 60 Biegewinkel [ ] 90 60 HS Biegewinkel [ ] 45 30 WZ WE HS 30 WE, WF WZ 15 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PE-HWU/HWST 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PVDF 90 90 75 75 Biegewinkel [ ] 60 45 HS Biegewinkel [ ] 60 45 HS 30 30 WE, WF WZ 15 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PP-C, PP-DWU/DWST/ PE-EL 15 0 WE, WF WZ 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PVC-CAW/ PVC-C 90 75 Biegewinkel [ ] 60 45 HS 30 15 0 WE, WF WZ SIMONA PVC-MZ/HSV HS: WF: WZ: WE: Heizelementtumpfchweißen Warmgafächelchweißen Warmgaziehchweißen Warmgaetruionchweißen 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] 11/2011 work.info Schweißen 29
Abhängigkeit der Mindetbiegewege für SIMONA-Halbzeuge von der Probendicke 60 30 50 25 40 20 Biegeweg [mm] 30 20 HS Biegeweg [mm] 15 10 HS WE, WF WZ 10 5 WE, WZ 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PE-HWU/HWST 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PVDF 30 30 25 25 Biegeweg [mm] 20 15 10 WE, WF WZ HS Biegeweg [mm] 20 15 10 WE, WF WZ HS 5 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PP-C, PP-DWU/DWST/ PE-EL 5 0 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] SIMONA PVC-CAW/ PVC-C 30 25 HS Biegeweg [mm] 20 15 10 WE, WF WZ 5 0 SIMONA PVC-MZ/HSV HS: WF: WZ: WE: Heizelementtumpfchweißen Warmgafächelchweißen Warmgaziehchweißen Warmgaetruionchweißen 0 6 12 18 24 30 Probendicke [mm] 11/2011 work.info Schweißen 30
8 Schweißverbindungen 8.1 Getaltfetigkeit von Schweißverbindungen 0 % 100 % Innere und äußere Kerben owie ungüntige Wanddicken über gänge ergeben Getaltfetigkeiten, die u. U. weentlich unter der Werktofffetigkeit liegen. Schweiß verbindungen tellen in jedem Fall eine Inhomogenität dar. Da Schweißnähte in den meiten Fällen nicht abge arbeitet werden, ergeben ich zudem auch Unregel mäßigkeiten an der Oberfläche, die getaltfetig keit mindernd wirken. In der Abbildung recht oben ind vier verchiedene Eckverbindungen unterchiedlicher Getaltung aufgezeigt. Werden diee Eckverbindungen einer Biege beanpruchung augeetzt, o zeigt ich, da rechtwinklige Eckverbindungen generell weent lich ungüntiger ind al gerundete Ecken mit Fügetellen außerhalb der Rundung. Rundungen erlauben immer einen weentlich ungehinderteren Kraftflu und ergeben eine bi zu 10mal höhere Getaltfetigkeit al konventionelle rechtwinklige Eckverbindungen. Winklige Schweißverbindungen 0 % T-förmige Schweißverbindungen 100 % T-förmige Verbindungen zeigen bei eineitig ge chweißter Naht ein erheblich ungüntigere Verhalten al bei zweieitiger Schweißung (iehe Abbildung unten). Wichtig it auch hier, da auf der Zugeite de beanpruchten Teil keine Kerben vorhanden ind. Güntig auf die Getaltfetigkeit wirkt ich au, da Hohlkehlnähte eine gewie Rundung dartellen und omit den Kraftflu poitiv beeinfluen. 11/2011 work.info Schweißen 31
In Abbildung unten ind Verbindungen dargetellt, die einer Zugbeanpruchung augeetzt werden. Im Nahtbereich enttehen Zug- bzw. Scherpannungen. Eine abgearbeitete V-Naht ergibt eine hohe Getaltfetigkeit, da der Kraftflu nicht behindert und die Kerbwirkung minimiert wird. Bei einfachen Lachenverbindungen enttehen owohl Schub- und Zugkräfte al auch Biegemomente in der Schweißnaht. Die Getaltfetigkeit it ehr gering, weil der Kraftflu tark behindert wird. Im Gegenatz dazu erlaubt die doppelte Lachenverbindung eine güntige Umlenkung der Kräfte. Die Verbindungart beitzt eine hohe Getaltfetigkeit. Da gleiche gilt für Kreuzverbindungen. 8.2 Lage von Schweißnähten Die folgenden Getaltungbeipiele ind im Zuammenhang und zuätzlich zu DVS 2205 Blatt 3 zu ehen. Bei tragenden Nähten oder bei Kehlnähten ind die Schweiß nähte o zu dimenionieren, da die erforderlichen Quer chnitte zur Kraftübertragung aureichen. Stumpf töße ind vorzu ziehen. V-Nähte ind an der Wurzel gegenzuchweißen. 0 % 100 % Ecktoß Ebene Schweißverbindung Rahmenecke Beipiele für Eckengetaltung 11/2011 work.info Schweißen 32
Übergänge im Kraftverlauf ind bei Stumpftößen unterchiedlicher Wanddicken anzutreben. ungüntig güntig Beipiele für Querchnittänderung Schweißnahtanhäufungen ind zu vermeiden. Nahtkreu zungen ind unzuläig. falch Kreuzfugen unzuläig 1, 2 = Reihenfolge der Schweißungen richtig Beipiele für Schweißnahtanhäufungen Anchluß von Verteifungen 11/2011 work.info Schweißen 33
8.3 Spannungen Beim Verchweißen von Thermoplaten bilden ich in Ab hängig keit vom Schweißverfahren verchiedene Span nung zu tände, die ich innerhalb der Schweißnaht quer, läng und bei dickeren Halb zeugen auch enkrecht aubilden können. Hervorgerufen werden diee Spannungen durch örtliche Erwärmen verbunden mit einer ungleichmäßigen Abkühlung. Beim Erwärmen de Werktoffe in der Schweißnahtzone werden durch die thermiche Längenänderung Druckpannungen auf ge baut, wobei während de Schweißvorgange eine Relaation dieer Spannungen durch da platiche Verhalten de Thermoplaten tattgefunden hat. Bei dem nachfolgenden Abkühlen bilden ich dann Wärmezugpannungen. Während die im Schweißnahtquerchnitt auftretenden Längpannungen chweißverfahrenunabhängig ind, it die bei den gleichfall auftretenden Querpannungen nicht der Fall. Entcheidend dabei it, ob die zu verchwei ßende Tafel eingepannt it oder ob ie chrumpfen kann. Beim Warmgachweißen it der zeitlich nach einander ablaufende Schweißvorgang für den Auf bau der Querpannung verantwortlich: Aufgrund der bereit er wähn ten Spannungrelaation enttehen Wärmezug pan nun gen im Anfangbereich. Mit weiter fortchreitendem Schweißen müen diee Werktoffbereiche die nun gleichfall fortchreitende Zugpannung auf nehmen. Darau ergibt ich die Tat ache, da in der zuletzt gechweißten Zone Zugpannungen erhalten blei ben, in den erten Bereichen ich jedoch Zug pan nungen aufbauen. σ läng Spannung σ druck 0 σ zug Heizelementtumpfchweißen σ quer Schweißrichtung Warmgachweißen σ quer quer läng Verlauf der Schweißpannungen über die Länge der Schweißnaht beim Heizelement- und Warmgachweißen (nach Menge) 11/2011 work.info Schweißen 34
Verlauf der Schweißpannungen über dem Schnitt enkrecht zur Schweißnaht. Die Höhe der Querpannungen bei der Heizelementtumpfnaht it tark von der Höhe und Dauer de Schweißdrucke abhängig (nach Menge). Nahtmitte Spannung σ druck 0 σ zug σ läng σ quer Warmgachweißnaht mit Zuatzwerktoff läng quer Heizelementtumpfchweißnaht 11/2011 work.info Schweißen 35
9 Beratung Unere Mitarbeiter in Verkauf und de Technical Service Center beitzen eine langjährige Erfahrung im Einatz und in der Ver ar bei tung uner thermoplatichen Halbzeuge. Wir beraten Sie gerne. E-Mail: tc@imona.de 11/2011 work.info Schweißen 36
10 Normen zum Schweißen und Kleben von Kunttoffen 10.1 DVS-Merkblätter 2201-2 (02.89) Prüfen von Halbzeug au Thermoplaten Schweißeignung; Prüfverfahren Anforderungen 2202-1 (07.06) Fehler an Schweißverbindungen au thermoplatichen Kunt toffen Merkmale, Bechreibung, Bewertung 2203 Prüfen von Halbzeug und Schweißverbindungen au thermoplatichen Kunttoffen -1 (01.03) Prüfverfahren, Anforderungen -2 (04.06) Zugveruch -3 (04.11) Schlagzugveruch -4 (12.01) Zeittand-Zugveruch -5 (08.99) Technologicher Biegeveruch 2204-1 (01.11) Kleben von thermoplatichen Kunttoffen Zum Kleben von PVC-weichmacherfrei bzw. von PVC-C ind Richtlinien in Arbeit 2205 Berechnung von Behältern und Apparaten au Thermoplaten -1 (04.02) Kennwerte -2 (01.11) Stehende runde, druckloe Behälter -3 (04.75) Schweißverbindungen -4 (11.88) Flanchverbindungen -5 (07.87) Rechteckbehälter Beiblatt (10.84) Berechnung von Behältern und Apparaten au Thermoplaten, Rechteckbehältern, kontruktive Detail 2206-1-5 (2011) Prüfung von Bauteilen und Kontruktionen au thermoplatichen Kunttoffen 2207 Schweißen von thermoplatichen Kunttoffen, -1 (09.05) Heizelementchweißen von Rohren, Rohrleitungteilen und Tafeln au PE-HD -3 (04.05) Warmgachweißen von thermoplatichen Kunttoffen Tafeln und Rohre Schweißparameter -4 (04.05) Etruionchweißen; Tafeln und Rohre -6 (09.03) Schweißen von thermoplatichen Kunttoffen; Berührungloe Heizelement tumpfchweißen von Rohren, Rohrleitungteilen und Tafeln Verfahren Machinen Parameter -11 (08.08) Heizelementchweißen von thermoplatichen Kunttoffen, Rohren, Rohrleitungteilen und Tafeln au PP -12 (12.06) Schweißen von thermoplatichen Kunttoffen Heizelementchweißen von Rohren, Rohrleitungteilen und Tafeln au PVC-U -14 (04.09) Heizelement-Schwenkbiegechweißen von Tafeln au PP und PE -15 (12.05) Heizelementchweißen von Rohren, Rohrleitungteilen und Tafeln au PVDF 2208-1 (03.07) Machinen und Geräte zum Schweißen von thermoplatichen Kunttoffen Heizelementchweißen 2210-1 (04.97) Indutrie-Rohrleitungen au thermoplatichen Kunttoffen; Projektierung und Auführung, oberirdiche Rohryteme 2211 (04.05) Schweißzuätze für thermoplatiche Kunttoffe; Geltungbereich, Kennzeichnung, Anforderung, Prüfung 2212-1 (09.05) Prüfung von Kunttoffchweißern, Prüfgruppe 1 DVS-Merkblätter ind zu beziehen von: Deutcher Verlag für Schweißtechnik GmbH, Aachener Str. 172, 40233 Düeldorf, Deutchland 11/2011 work.info Schweißen 37