La soldadura por extrusión es uno de los procesos utilizados para soldar termoplásticos y compuestos , desarrollado en la década de 1960 como una evolución de la soldadura con gas caliente . Puede ser un proceso manual o automatizado. [1] [2]
El proceso utiliza un cabezal de soldadura que tiene una boquilla para aire caliente y un extrusor que empuja el material de relleno hacia afuera. El proceso implica calentar las superficies de unión y agregar material de relleno fundido o plastificado (material extruido) extruyéndolo a través de una matriz (zapata). El proceso aplica material extruido con presión para garantizar una buena unión y luego permite que la pieza se enfríe.
Los pasos de este proceso de soldadura son similares a otros procesos de soldadura de plástico e implican: [1] [3]
Es necesario precalentar la pieza al comienzo de la soldadura. Esto se logra generalmente utilizando la boquilla de aire caliente en la pistola de soldar y abanicando el área de inicio. Una vez que se ha comenzado a soldar, la velocidad de desplazamiento y el ángulo de la pistola adecuados garantizarán que la superficie de unión que se va a soldar se haya precalentado lo suficiente.
El material de relleno es un polímero que se presenta en forma de hebras enrolladas o en pellets.
La mayoría de las uniones soldadas están diseñadas para ser de una sola pasada, pero las placas de más de 30 mm de espesor requerirán varias pasadas. Debido a que la mayoría de las pasadas están diseñadas para ser realizadas en una sola pasada, la soldadura por extrusión generalmente requiere menos tiempo total para realizarse en comparación con otros procesos de soldadura de plásticos, en particular su predecesora, la soldadura con gas caliente. [1]
El diseño conjunto incluye:
Las uniones a tope serán ranuras en V simple o doble con un ángulo de 45 a 90 ° y una separación de raíz de 0 a 2 mm. Si se suelda una ranura en V doble, la soldadura deberá realizarse en un mínimo de dos pasadas.
Las uniones en T normalmente tendrán un solo bisel de 45-60 ° y un espacio de raíz de 0 a 2 mm. [1]
También son posibles conexiones TYK para tuberías y soldaduras de filete.
La soldadura por extrusión es un proceso atractivo para aplicaciones que aprovechan su capacidad para soldar secciones gruesas rápidamente. Para algunas aplicaciones, especialmente donde hay piezas de gran geometría donde los métodos de soldadura de plástico más tradicionales (como la soldadura con placa caliente ) no son posibles, la soldadura por extrusión es la única opción viable y rentable. En particular, los tanques para desechos líquidos, materiales corrosivos y suministro de agua son aplicaciones comunes. Siempre que se logre una unión de sellado, la soldadura por extrusión también se puede utilizar para aplicaciones de impermeabilización. [2] [4] [5]
La soldadura por extrusión ha tenido el mayor éxito en la soldadura de diferentes tipos de poliolefinas . [2] [4]
Los materiales comunes soldados con este proceso son:
Si bien existen varias formas de equipos de soldadura por extrusión, hay tres componentes principales que contiene cada configuración de soldadura por extrusión: [1] [2] [6]
La extrusora es la parte del sistema que alimenta el material extruido a través del sistema. La configuración de la extrusora depende de si el material extruido está en forma de pellet o de filamentos enrollados. Cuando se utilizan filamentos enrollados, el filamento se introduce a través de un tubo en el cabezal de soldadura y luego sale por la zapata. Cuando se utilizan pellets para el material extruido, estos se introducen en una tolva y luego una extrusora espiral calentada los fuerza a pasar por el cabezal de soldadura y a salir por la zapata como material de relleno fundido. Los pellets solo se pueden utilizar cuando la soldadura se realiza en posición plana u horizontal.
En la mayoría de las aplicaciones, la fuente de calor radiante será aire caliente. El aire se calienta y se sopla a través de una boquilla que forma parte de la configuración del cabezal de soldadura. Hay disponibles distintas geometrías de boquillas y el soldador puede seleccionar una determinada boquilla según la configuración de la junta. Aunque existe una boquilla de uso general, ciertas boquillas garantizan un calentamiento más completo o más concentrado de un tipo de junta determinado. Aunque el aire caliente se utiliza habitualmente como medio de precalentamiento, a veces se utilizan lámparas halógenas como medio para precalentar la superficie de unión. [1]
La zapata de soldadura es la matriz que se encuentra al final del conducto a través del cual se extruye el material de relleno. Normalmente, la zapata está hecha de politetrafluoroetileno (PTFE) debido a las propiedades antiadherentes del PTFE. Las zapatas de soldadura vienen en varias formas y tamaños según el diseño de la junta que se está soldando. La zapata de soldadura también tendrá boquillas guía que evitan que el material extruido fundido fluya en una dirección no deseada.
Existen varios parámetros de soldadura principales y cada uno de ellos tiene una influencia diferente en el proceso de soldadura. Algunos dependen del soldador, mientras que otros se pueden configurar en la máquina antes de comenzar a soldar. Conseguir un buen equilibrio de cada parámetro es la clave para lograr soldaduras resistentes y estéticas. La automatización o la habilidad de un soldador experimentado, junto con los parámetros configurados correctamente, darán como resultado soldaduras consistentes y reproducibles. [2]
La velocidad de soldadura o velocidad de desplazamiento es la velocidad a la que la soldadura se desplaza por la junta de soldadura. En el caso de un sistema automatizado, la velocidad de soldadura se puede configurar antes de que la máquina comience a funcionar. Con una configuración manual, la velocidad de desplazamiento dependerá del soldador. Si la velocidad de desplazamiento es demasiado rápida, no se depositará suficiente material de relleno, lo que dará como resultado un cordón de soldadura pequeño. Si se avanza demasiado rápido, es posible que no haya tiempo suficiente para que las superficies de contacto reciban el calor necesario. Esto dará como resultado una mala adhesión del material extruido a la superficie de contacto. Esta mala adhesión conduce a una mala resistencia de la pieza soldada. Por el contrario, si la velocidad de desplazamiento es demasiado baja, se depositará demasiado material de relleno, lo que dará como resultado una soldadura poco estética y una posible formación de rebabas que luego será necesario eliminar. [6]
La posición de la pistola de soldadura es esencial para garantizar que el material extruido se deposite en el área correcta. Cuando se utiliza un sistema manual, el soldador deberá asegurarse de que el cabezal de soldadura esté apuntado correctamente. Si hay una desalineación entre la pistola y la junta, el material no se depositará en el área correcta. Para ayudar a guiar al soldador, la zapata de soldadura tendrá una forma específica para una geometría de junta determinada, de modo que la posición se mantenga durante toda la soldadura. [6]
La temperatura del material extruido se fijará en la extrusora antes de comenzar la soldadura. La temperatura debe ser lo suficientemente alta como para que el material extruido sea lo suficientemente fluido como para fluir, pero no tan alta como para que el material de relleno de polímero comience a descomponerse químicamente. La temperatura ideal para el material extruido dependerá del polímero que se utilice. [1]
Los estudios realizados por han demostrado que la velocidad del flujo de aire y la temperatura son los dos factores más importantes en el desarrollo de la resistencia a la fluencia de las piezas soldadas. Esto se debe a que la velocidad del flujo de aire y la temperatura del aire son los dos factores más importantes en el desarrollo de una capa de material fundido antes de la soldadura. La capa de material fundido es la capa de polímero fundido sobre la superficie de contacto. Cuando la capa de material fundido alcanza un espesor ideal para la soldadura, la resistencia a la fluencia de las soldaduras aumenta drásticamente. Sin embargo, al igual que con la temperatura del extruido, la temperatura ideal y la velocidad del flujo de aire para el material base dependerán del polímero que se esté soldando. Además, el flujo de aire puede alterarse dependiendo de la forma de la boquilla. [3] [5]
La velocidad de extrusión es la cantidad de material extruido que se transfiere realmente a la unión en un momento dado. Junto con la temperatura del material extruido y la velocidad/temperatura del flujo de aire, la velocidad de extrusión debe equilibrarse para lograr propiedades de soldadura ideales. Si no se agrega suficiente material, no habrá una fusión completa de la unión. Por el contrario, si se agrega demasiado relleno, existe la posibilidad de crear rebabas o puntas afiladas en los dedos de la tapa de soldadura. Estos actuarían como elevadores de tensión y reducirían drásticamente la resistencia de la soldadura tanto en carga dinámica como de fatiga. [5]
La principal ventaja de la soldadura por extrusión es que permite alcanzar tasas de deposición de material de relleno muy elevadas en una junta, lo que reduce el tiempo del ciclo. En comparación con la soldadura con gas caliente, que es un proceso de soldadura de polímeros que podría tener muchas de las mismas aplicaciones, el tiempo de finalización de una soldadura es hasta 5 o 6 veces más rápido. [1]
Con parámetros adecuados, las áreas de fusión de la soldadura en realidad no serán la parte más débil de una pieza polimérica fabricada determinada. [5]
Debido a que muchos de los principales parámetros de soldadura están preestablecidos en la máquina, es posible obtener soldaduras de alta calidad constante.
Si se utiliza soldadura por extrusión manual, el soldador debe tener cierta habilidad para realizar soldaduras de buena calidad. Esto es especialmente cierto cuando se suelda en posiciones verticales o por encima de la cabeza. Además, una máquina manual puede llegar a pesar 12 kg, lo que resultaría engorroso. [1] [2]