Kunststoffschweissen im Apparate- und Behälterbau

Schweissnaht-Geometrien Galvanik-Tank

Beim Verschweissen von Galvanik-Tanks kommen verschiedene Nahtgeometrien zum Einsatz.

A. Kehlnaht

Die Kehlnaht ist eine der am häufigsten verwendeten Nahtgeometrien. Sie entsteht beim Schweissen von zwei Werkstücken, die in einem T-Stoss aufeinandertreffen.

B: Ecknaht innen

Innenecknähte kommen meist an schwer zu erreichenden Stellen zur Anwendung. Freiformen und splineförmige Schweissnahtgeometrien werden damit am effizientesten geschweisst.

C: Ecknaht aussen

Als Aussen-Ecknaht wird eine Kehlnaht bezeichnet, bei der die Schweissnaht an der Kante der zueinanderstehenden Werkstücke verläuft. Dabei wird entlang der äusseren Längsseite (Kante) geschweisst.

D: X-Naht (auch Doppel-V-Naht)

Die X-Naht wird auch als Doppel-V-Naht bezeichnet. Sie gehört zu den Stumpfnähten und besteht aus der Kombination von zwei V-Nähten an jeweils zwei Seiten der zu verbindenden Bauteile.

D: V-Naht

Um den für die V-Naht typischen v-förmigen Winkel zu erreichen, werden die Werkstücke passend angeschrägt.

E: Überlappnaht

Überlappnähte werden vorwiegend bei Kunststoffmembranen angewendet. Dabei werden die Folien übereinanderliegend angeordnet und die Schweissnaht über die obere freiliegende Materialkante gelegt.

Thermisches Fügen von Kunststoffen

Das Kunststoffschweissen verlangt eine Übereinstimmung der drei Schweissparameter Temperatur, Druck und Geschwindigkeit. Im Gegensatz zu anderen Fügemethoden werden beim Schweissen hohe Festigkeit und eine starke, homogene Schweissnaht erzielt. Kunststoffverbindungen sind äusserst robust und bei richtiger Verarbeitung absolut dicht. Zudem lassen sie sich ohne Festigkeitsverlust reparieren.

Warmgasfächel­schweissen (WF)

Das Warmgas-Fächelschweissen wird vor allem bei schwer zugänglichen Stellen und kurzen Nähten angewendet. Amorphe Kunststoffe (insbesondere PVC) lassen sich bevorzugt mit dieser Schweisstechnik verarbeiten. Besonders beim Handschweissen sind gleichmässige Druckausübung und eine konstante Geschwindigkeit zu beachten. .

Während des Schweissvorgangs ist der Schweissdraht von Hand vertikal auf die Fuge zu drücken. Die dafür aufgewendete Kraft hängt vom gewählten Grundwerkstoff und der Dimension des Schweissdrahts ab. Die aus der Rohrdüse ausströmende Wärme wird dabei pendelnd in Schweissrichtung auf den Schweissdraht und die Fuge gerichtet, bis das Ende der Naht erreicht ist. Korrekt ausgeführt, d. h. mit der richtigen Temperatur und dem passenden Druck, formt sich auf beiden Seiten der Schweissraupe ein Schweiss-Saum in Form einer gleichmässigen Doppelwulst.

Warm­gas­zieh­schweissen (WZ)

Für das Warmgas-Ziehschweissen wird eine Schnellschweissdüse benötigt, die zur Form des Füllmaterials passt. Das Verfahren ist schneller, gleichmässiger und effizienter als das Warmgas-Fächelschweissen. Zudem lassen sich in einem Durchgang grössere Querschnittsprofile des Schweissdrahts verarbeiten. Das führt zu weniger Spannungen und somit zu einem geringeren Schweiss­aufwand. Das Schweissgerät wird mit einer Hand gehalten und mit der anderen Hand wird der Schweissdraht in die Düse gedrückt. Durch das Düsendesign wird das heisse Gas geteilt, das auf diese Weise sowohl den Grundwerkstoff als auch das Füllmaterial erhitzt. Das Füllmaterial wird durch eine Vorwärmkammer geleitet und kurz vor dem Auftreffen der beiden Materialien plastifiziert. Die Andruckzunge am Ende der Düse erzeugt die benötigte Fügekraft. Der entstehende Schweiss-Saum lässt sich nach dem Schweissprozess mit einem entsprechenden Schaber abarbeiten.

Warmgas-Extrusions­schweissen (WE)

Bei Wanddicken ab ca. 6 mm ist das Warmgas-Extrusionsschweissen dem Warmgas-Ziehschweissen vorzuziehen. Im Vergleich zum Handschweissen werden beim Extrusions­schweissen kürzere Arbeitszeit, höhere Festigkeit und niedrigere Eigenspannung erzielt. Das führt zu einer höheren Prozesssicherheit und mehr Effizienz.

Für die Durchführung werden ein der Schweissgeometrie entsprechender Schweissschuh und ein Schweisszusatz benötigt. Der Schweisszusatz muss aus demselben Material wie der Grundwerkstoff bestehen und wird im Extruder plastifiziert.

Die zu verbindenden Fügeflächen werden zu Beginn durch Heissluft in den thermoplastischen Zustand gebracht. Unmittelbar danach wird das Extrudat mit dem Schweissschuh auf die Flächen bzw. in die Fuge gedrückt. Je nach Arbeitsposition ist dabei unterschiedlich hoher Druck aufzubringen. Die Schweissgeschwindigkeit ergibt sich durch die austretende Extrudatsmenge sowie durch die Abmessung der Schweissnaht. Zudem muss die Schweissgeschwindigkeit mit der Vorwärmung des Grundmaterials korrespondieren.

Schweissfehler

Neben Nichteinhalten der Schweissparameter können folgende Fehler zu Lunkern, Vakuolen und schlechter Schweissqualität führen:

• zu hohe Temperatur
• Restfeuchtigkeit im Schweisszusatz
• hohe Luftfeuchtigkeit
• feuchte Hände
• zu kalter Schweissschuh
• schlechte Kunststoffqualität

Grundmaterial und Schweisszusätze aus Polyolefinen können Feuchtigkeit aufnehmen. Je dicker die Schweissnaht, desto stärker tritt diese Erscheinung auf. Deshalb sind die Materialien trocken und in der Originalverpackung zu lagern. Temperaturunterschiede zwischen den Schweisspartnern sind zu vermeiden, damit sich kein Kondenswasser bildet. Hohe Schweissnahtdicken sind in mehreren Arbeitsschritten zu schweissen.

 Vakuolenbildung wird durch zu schnelle Abkühlung grosser Schweissnahtquerschnitte verursacht.

Eine raue Oberflächen der Schweissnaht kann auftreten, wenn …

• … der Schweissschuh zu kurz ist.
• … der Schweissschuh zu kalt ist.
• … die Oberfläche, über die der Schweissschuh gleitet, zu rau ist.