پلی اتیلن (Polyethylene – PE) یکی از پرکاربردترین پلیمرها در صنایع مختلف به ویژه در خطوط لوله کشی گاز، آب و فاضلاب است. قابلیت جوش پذیری بالا، مقاومت شیمیایی خوب، وزن کم و هزینه تولید پایین از جمله مزایای این ماده هستند. یکی از روش های اتصال لوله های پلی اتیلن، استفاده از جوش حرارتی است که طی آن دو سر لوله پس از گرم شدن تا دمای نرم شدگی، با فشار به هم فشرده می شوند. با این حال، کیفیت و استحکام این نوع اتصالات به شدت تحت تأثیر عوامل محیطی از جمله دمای محیط قرار دارد. شناخت دقیق اثر دمای محیط بر فرآیند جوشکاری پلی اتیلن، برای بهبود عملکرد و دوام خطوط انتقال اهمیت زیادی دارد. با این مقاله از سایت تولیدی اصفهان پلاست همراه باشید.
اصول فرآیند جوشکاری پلی اتیلن
جوشکاری پلی اتیلن عمدتاً به دو روش جوش لب به لب (Butt Fusion) و الکتروفیوژن (Electrofusion) انجام می گیرد. در جوش لب به لب، سطوح دو قطعه پس از گرم شدن با استفاده از صفحه حرارتی تا دمای مشخصی، به یکدیگر فشرده شده و پس از مدتی سرد می شوند. در روش الکتروفیوژن، کویل های فلزی تعبیه شده در اتصالات خاص، توسط جریان الکتریکی گرم شده و باعث ذوب موضعی و اتصال بین لوله و اتصال می شود.
کیفیت این جوش ها به فاکتورهای زیادی از جمله دمای صفحه حرارتی، فشار اتصال، زمان حرارت دهی، زمان نگهداری و همچنین شرایط محیطی بستگی دارد.
تأثیر دمای محیط بر فرآیند جوشکاری
دمای محیط یکی از عوامل مهم و اغلب نادیده گرفته شده ای است که می تواند به طور مستقیم و غیرمستقیم بر کیفیت نهایی اتصال تأثیر بگذارد. این تأثیرات به چند شکل اصلی ظاهر می شوند:
۱. تأثیر بر نرخ خنک سازی
در محیط های سرد، نرخ سرد شدن جوش به شدت افزایش می یابد. این امر ممکن است منجر به تنش های پسماند در ناحیه جوش شود که می تواند باعث کاهش استحکام مکانیکی و افزایش احتمال ترک خوردگی شود. در مقابل، در دماهای بالا، سرد شدن آهسته تر رخ داده و ممکن است اتصال شکل بهتری بگیرد، اما اگر دما بیش از حد بالا باشد، ممکن است باعث روان شدگی بیش از حد پلیمر و حتی افت خواص مکانیکی شود.
۲. تأثیر بر دمای اولیه قطعات
در جوش لب به لب، دمای اولیه لوله ها پیش از گرم شدن اهمیت دارد. اگر لوله ها بسیار سرد باشند، انتقال حرارت به بخش های داخلی کاهش می یابد و باعث می شود ذوب به اندازه کافی عمقی نباشد. در نتیجه، اتصال حاصل، تنها یک پیوند سطحی خواهد بود که تحت فشارهای عملیاتی ممکن است شکست بخورد.
۳. تأثیر بر زمان و دمای جوش
دمای محیط پایین باعث می شود که اپراتور ناچار به افزایش مدت زمان گرمادهی و فشار برای جبران سرمای محیط شود. اگر این پارامترها به درستی تنظیم نشوند، جوش نامرغوب حاصل خواهد شد. همچنین در دماهای بالا ممکن است نیاز به کاهش زمان گرمادهی باشد تا از ذوب بیش از حد جلوگیری شود.
۴. تأثیر بر عملکرد اپراتور و تجهیزات
در شرایط محیطی سخت مانند سرمای شدید یا گرمای زیاد، عملکرد تجهیزات الکترونیکی، صفحات حرارتی و حتی اپراتورها تحت تأثیر قرار می گیرد. مثلاً در سرمای زیاد، صفحه حرارتی به کندی به دمای مورد نظر می رسد یا ممکن است نتواند دمای ثابت را حفظ کند.
بررسی های آزمایشگاهی و تجربی
مطالعات متعددی نشان داده اند که دمای محیط بین ۵ تا ۴۵ درجه سانتی گراد به عنوان محدوده مطلوب برای انجام جوش پلی اتیلن در نظر گرفته می شود. در دماهای کمتر از ۵ درجه، احتمال تشکیل حفره، ترک های میکروسکوپی و کاهش چسبندگی به طور چشمگیری افزایش می یابد. در برخی بررسی ها، مشاهده شده که استحکام کششی اتصالات جوشی انجام شده در دمای ۰ درجه سانتی گراد، تا ۳۰ درصد کمتر از اتصالات مشابه در دمای ۲۳ درجه سانتی گراد است.
در مقابل، در محیط های بسیار گرم، اگرچه میزان نفوذ حرارت بهتری حاصل می شود، اما افزایش دمای بیش از حد می تواند باعث افت ویسکوزیته پلی اتیلن و جاری شدن بیش از حد مواد مذاب شده و منجر به ضعیف شدن ناحیه جوش گردد.
راهکارهای مقابله با اثرات دمای محیط
برای بهینه سازی کیفیت جوش در شرایط محیطی مختلف، می توان از راهکارهای زیر استفاده کرد:
- استفاده از پوشش های حفاظتی: ساخت چادر یا محفظه موقتی اطراف ناحیه جوشکاری برای محافظت از شرایط محیطی نامطلوب مانند باد، باران یا سرمای شدید.
- پیش گرمایش قطعات: در دماهای پایین، پیش گرم کردن لوله ها تا دمای نزدیک به دمای محیط اتاق (مثلاً ۲۰ درجه) پیش از جوشکاری توصیه می شود.
- تنظیم دقیق پارامترها: با توجه به دمای محیط، لازم است زمان و دمای گرمادهی و نیز فشار اتصال تنظیم شوند تا از اتصال مناسب اطمینان حاصل شود.
- استفاده از تجهیزات خودکار: استفاده از دستگاه های جوش پلی اتیلن اتوماتیک که پارامترها را به صورت هوشمند تنظیم می کنند، می تواند در جبران تغییرات دمای محیط موثر باشد.
نتیجه گیری
دمای محیط به عنوان یکی از عوامل محیطی مهم، تأثیر قابل توجهی بر کیفیت و استحکام اتصالات جوشی پلی اتیلن دارد. با کاهش دما، خطر کاهش عمق نفوذ، افزایش تنش های پسماند و بروز ترک ها افزایش می یابد. در دماهای بالا نیز خطر روان شدگی بیش از حد و کاهش خواص مکانیکی جوش وجود دارد. بنابراین، کنترل و مدیریت شرایط محیطی، به ویژه دما، یکی از الزامات حیاتی در تضمین عملکرد بلندمدت و ایمن خطوط لوله پلی اتیلن است. رعایت اصول فنی، تنظیم دقیق پارامترهای جوش و استفاده از تکنولوژی های مدرن می تواند در به حداقل رساندن تأثیرات منفی دمای محیط مؤثر واقع شود.
