Introdução

Para soldagem de plásticos, conhecimento básico não somente de processos de soldagem, mas também de plásticos em geral é um requisito importante. Portanto, primeiramente deve ser demonstrado a estrutura e o comportamento do plástico.

Como para a soldagem de metais, existe uma diferença fundamental entre aço e alumínio; da mesma forma uma grande diferença de características de materiais deve ser observado nos plásticos.

Apesar de toda simplificação e automação, a produção de juntas de soldas sempre requerem um talento manual. Portanto, para evitar confusões, um cuidadoso e minucioso treinamento está em primeiro plano. Desse modo, é indiferente se uma junta é produzida para soldagem ou colagem, ou se é parafusado ou travado.

A fim de garantir uma qualidade estável e uma condição ajustada para juntas de plásticos é importante controlar ou inspecionar o soldador em intervalos definidos, como por exemplo: análise da máquina de solda de plástico

Básicos do plástico

Os materiais básicos dos produtos plásticos quase sempre contêm um composto químico de carbono (C).

Exemplos são: petróleo, gás natural, madeira, carvão ou etano, isto significa que os plásticos pertencem ao campo da química orgânica.

O composto inorgânico contido naquelas substâncias, por exemplo etileno ou cloro vinil são juntamente seriados com a ajuda da alquimia, sendo macro moléculas as quais como polietileno (PE) ou cloro polivinil (PVC). São desenvolvidos a assim chamado filamentario ou molécula série. A transição do material monomérico (comumente gasoso ou fluido) para o plástico polimérico é chamado polimerização. Alem disso a poli-adição e a policondensação são tratamentos para a produção de plásticos.

A camada da molécula série de um PVC pode se comparar a uma rosca em um feltro uma peça de lã de algodão, este material é chamado estrutura amórfica (aleatório, sem movimento).

PE tem em contrastes ao PVC secções semicristalinos.

O limite de resistência a tração dos plásticos é causada por duas forças diferentes:

1. Químico e forças moleculares internas, aquelas presas as moléculas filamentárias.
2. Físicas, forças intermoleculares, aquelas presas ao filamento no composto do material.

Termoplásticos

 A condição da superfície das juntas de plásticos pode ser alcançada através de solventes. Dessa forma é produzida de uma forma fria uma conexão homogênea insolúvel chamada solda (soldagem solvente, fonte de soldagem) assim como colagem.

Elastômeros

Através de um cruzamento de conexões entre moléculas filamentárias (ligamento químico) é desenvolvido um chamado espaço de entrelaçado de moléculas. Estes plásticos contendo uma grande malha ligada em cruz chamado elastômeros.

Você tem o estado físico elástico e duro, por exemplo: vedação de borracha e pneus de carro.

Duroplásticos

É produzido através de um forte cruzamento, ligando uma malha fechada a um espaço entrelaçado de moléculas, não é possível amolecê-la através de aquecimento.

Estes duroplásticos são difíceis de decompor. Por exemplo: buchas, chapas decorativas, reforços em fibra de vidro para barcos.

Elastômeros e duroplásticos não são soldáveis, por causa de seu ligamento cruzado. Basicamente uma regra é valida para todos os plásticos: Se são superaquecidos, são destruídos através da desintegração das macromoléculas. Os plásticos então são queimados.

Plásticos e sua soldabilidade.

 A seleção de plásticos em uma construção soldada, por exemplo para tubos, depende da condição de trabalho em consideração as características do material, as quais como: resistência química e estabilidade térmica, a segurança exigia e o senso econômico.

Por isso, acertos têm sido considerados, através de mudanças das propriedades, por exemplo: através de modificações pode ser produzida uma larga gama de plásticos.

Portanto deve ser dada uma lista dos mais importantes plásticos.

As indicações sobre os padrões DIN e os padrões de qualidade, estão a esquerda devido sua abundância. Eles estão juntos em um livro de padrões, particularmente em um livro de bolso da DIN 52.

PVC duro, o qual é usado desde 1930, é um termoplástico versátil muito usado; PVC-C é qualificado para tubulações com trabalhos em temperatura até 90°C. PVC é soldável pela razão de sua polaridade e dissolubilidade muito adesiva. A gama de aplicações é em fornecimento de gás e água em tubulações pressurizadas, tubulação de águas residuais, tubulação de esgotos, tubulação de poços, ar condicionado, laboratório, indústria farmacêutica, indústria de processamento de alimentos.

Do grupo dos poliolefinas PE e PP são hoje os materiais mais importantes, devido sua não polaridade, determinado pela estrutura não molecular, eles não são processados para colagem. As Poliolefinas, entretanto, são muito bem soldáveis.

No mercado existem diferentes tipos de polietilenos, por exemplo, PE-HD tipo 1, PE-HD tipo 2. Para fazer uma exposição sobre a soldabilidade dos diferentes tipos de PE, deve ser determinado o escoamento do PE em condição de termoplástico.

Para dimensionamento usamos o índice do fluxo de fusão MFI de acordo com a DIN 53 735. Os valores MFI são classificados em grupos na DIN 16 776, parte 1. A declaração do MFI – valor faz parte da identificação, particularmente para tubos.

De acordo com a decisiva recomendação da DVS 2207 parte 1, para soldagem de PE-duro, os grupos MFI 005 e 010 são qualificados para soldagem entre si tendo em consideração as orientações dadas neste folheto. Tubos e peças de tubulações, os quais estão alem dos mencionados nos grupos MFI, podem ser soldados dentro do respectivo sistema de materiais. Em caso de dúvida ou em casos limitados, deve ser feito um certificado de segurança.

A gama de aplicações para os poliolefinas são: tubos de gás (somente o PE-duro, pintado de amarelo), tubos de água e química, conduite para proteção de tubos, tubos de escape, trabalhos em silos e genericamente em aparatos de engenharia e processamento químico.

PVDF é um termoplástico muito bom resistente químico e ao calor, boa soldabilidade, mas somente certas condições adesivas (aplicações entre 150°C e -60°C).

ABS / ASA distinguem-se pela sua boa resistência a termo conformação, o material é de fato soldável, mas ao lado da junta existe uma junta colada com por PVC.

PMMA / AMMA é aplicado predominantemente em aparatos de engenharia química, onde sua transparência é vantajosa, por exemplo: campos de teste em laboratórios. Eles não são soldáveis ou apenas muito difíceis de soldar, ao invés disso são muito adesivos.

GFK são ligamentos cruzados endurecidos, com plásticos de fibras reforçadas, e normalmente uma resina de poliéster insaturada ou (resinas – UP) ou resinas Epóxi (resinas – EP) pela razão de sua estrutura molecular duroplástica, eles não são soldáveis. Os componentes GFK são produzidos em seu estado inicial liquido ou pastoso, através de laminação na forma positiva ou negativa. Depois de endurecidos (ligamentos cruzados) e ejeção eles podem ser tratados mecanicamente. Juntas podem ser apenas produzidas através de colagem ou através de laminação da interface: exceto os tubos GFK que são unidos através de luvas roscadas ou flanges parafusadas.

Processos de soldagem

Durante a soldagem de plásticos, o material termoplástico é aquecido na interface da junta e com ou sem material de adição é unido com baixa pressão. Os materiais mais aplicados em tubulações e aparatos de engenharia são: PVC, PE e PP os poliolefinas são satisfatórios a soldagem especialmente pela razão de sua estrutura e massa molecular.

Os processos de soldagem mais importantes subseqüentemente listados são divididos de acordo com o tipo de demanda térmica.

Os parâmetros de soldagens:

• Temperatura: As superfícies das juntas são apresentadas pela sua condição termoplástica através da energia térmica (gás quente, ferramenta de aquecimento, fricção) Chama aberta não é permitido para aquecimento, do contrário o plástico devido sua má condutibilidade térmica, seria queimado na superfície, antes que o calor rompa uma suficiente profundidade.

Antes disso um resfriamento forçado através de água ou ar comprimido pode ser perigoso, porque isso conduz a tensões de resfriamento (fadiga, tensão residual de soldagem) o qual tenciona o componente e a região do material.

• Pressão: O deslizamento entre um e outro filamento da molécula deve ser suportado pela elevação da temperatura, porque o plástico fundido é muito viscoso.
• Tempo: Devido a baixa condutibilidade térmica do plástico, a faixa de tempo para o fornecimento de calor e resfriamento, deve ser cuidadosamente observado. Também com um efeito prolongado da temperatura na soldagem o risco de danos existe; alem disso deve ser notado que a expansão e a contração através do aquecimento e resfriamento do plástico são muito mais alto do que nos metais. É condicional a capacidade dos dispositivos de soldagem, tanto quanto são ajustáveis os parâmetros de soldagem, deve ser regulado eletronicamente e, em parte, totalmente automático.

A seguir alguns processos importantes de soldagem serão demonstrados rapidamente.

Ferramenta aquecida de soldagem

Como um suporte térmico, normalmente um elemento elétrico de aquecimento, com revestimento não adesivo de PTFE é fornecido para evitar um inerente do material termoplástico. Para a soldagem com ferramenta aquecida direta, o elemento de aquecimento é situado entre as interfaces da junta, para a ferramenta de solda aquecida indireta, o calor é transferido através de um componente da junta para a interface da junta.

 A soldagem de topo com a ferramenta aquecida pode ser realizada manualmente ou mecanicamente, de modo que tubos pressurizados podem somente ser soldados mecanicamente. Os pontos essenciais são que as superfícies de soldagem limpas dos componentes são pressionadas ao elemento de aquecimento com alta pressão a ser ajustada. Por isso a existente possibilidade de irregularidades e arrastamento são fundidos. Depois disso as interfaces da junta são aquecidas pré-aquecidas com pressão reduzida no elemento de aquecimento por uma exata gama de tempo.
Depois disso o elemento de aquecimento (resistência) deve ser rapidamente retirado da interface de soldagem e as extremidades dos tubos são unidades rapidamente a pressão abaixo de 0,15 N/mm² na interface da solda. As peças soldadas devem permanecer fixas a baixa pressão até o resfriamento total.

Máquinas apropriadas para soldagem de chapas e tubos são de vários tamanhos e tipos no mercado; seus parâmetros de soldagem, temperatura, pressão, e também períodos de tempo são exatamente ajustáveis.

A soldagem de luvas com a ferramenta aquecida (por exemplo para tubos de PE-HD- e PP) podem também ser realizadas manualmente (acima de 63mm de diâmetro) e mecanicamente. A operação de unir ocorre sempre através de dispositivos., por exemplo luvas, peças em T e ângulo. Através do elemento de aquecimento (resistência) o qual é descarregado com um aquecimento da camada e um grampo de aquecimento, a interface interna do dispositivo e a interface externa do tubo tornam-se plastificados. Depois disso o elemento de aquecimento é distanciado rapidamente. Empurrando a extremidade do tubo e luva juntos sem torcer, é feito a solda sobreposta.

Desde que os componentes estejam alinhados um com o outro, a pressão da junta é preparada. Geralmente os fabricantes de dispositivos devem ser considerados exatamente. A limpeza do elemento de aquecimento e a superfície da junta com pano não fibroso e detergente (por exemplo, álcool) para todos os outros processos de soldagem.

A soldagem com ferramenta espiral de aquecimento é muito fácil de manusear e portanto, é preferencialmente aplicado no local da construção para juntas de tubos de PE acima de 160mm de diâmetro. Ao invés de um elemento de aquecimento, um espiral aquecido eletricamente é posicionado na luva e continua na zona de soldagem.

Um transformador de soldagem fornece uma corrente de soldagem o qual é sintonizado ao correspondente diâmetro e espessura do tubo. O tempo de soldagem é regulado automaticamente, assim que a zona de soldagem é aquecida suficientemente e por um suficiente período. Da contração do gabarito desenvolve uma pressão na junta. A soldagem com a ferramenta espiral de aquecimento é aplicado para caixas com tubos furados e caixas com luvas acima de 225mm de diâmetro. O processo é raramente aplicado em aparatos de engenharia química devido a possibilidade que o meio agressivo poderia destruir o aquecimento espiral e vazar a junta.

Soldagem com gás quente

Enquanto a soldagem com ferramenta aquecida é realizada sem adição de solda, a soldagem com gás quente é realizado com um arame de soldagem plastificado o qual é do mesmo material do componente a ser soldado e é inserido na solda. Exceto para poucos casos realizados manualmente.

A qualidade alcançada na solda depende muito mais do talento manual do soldador. Devido ao fato que os parâmetros de soldagem são raramente mantidos exatamente como descritos, o limite de resistência a tração da solda  possivelmente não é suficiente, assim, tubos de fornecimento de água e água não são soldados pelo processo de gás quente. Nem tubos pressurizados, por exemplo, para ventilação de ar, pode ser soldado por gás aquecido.

Por isso nos distinguimos entre a soldagem por gás aquecido com tocha separado do bastão de adição, o qual permite a taxa de solda para 25 cm/minuto e soldagem arrastando ou bocal de alta velocidade, onde a taxa de soldagem pode ser 40 a 100cm/minuto.

Valores aproximados de temperatura para soldagem com gás quente.

Soldagem com cordão reto, sem oscilações é aplicado para juntas longas e tubos com grandes diâmetros, enquanto que para posições apertadas e alguns filetes de solda a soldagem com tocha e gás quente separado do bastão de adição é aplicado.

Comparação entre as taxas de soldagem com tocha de gás quente separado do bastão de adição e cordão reto de solda com bastão de diâmetro 3mm. (cm/min).

Soldagens por extrusão

Soldagem por extrusão é aplicado em diversas variações de processo. Por isso podemos produzir soldas com espessuras acima de 25mm num único passe. A massa plástica plastificada em extrusor manual ou estacionária é empurrado para cima de uma sapata de soldagem na junta da solda o qual é pré-aquecido com gás quente. A operação é econômica, se for produzido uma longa solda num material de base grossa.

Soldagem por fricção Para soldagem por fricção a fusão das interfaces da junta é atingida através da fricção ou vibração. É adequado para união de componentes com soldagem de interfaces rotacionalmente simétrica e é realizada com torno mecânicos e também com maquinas manuais especiais. A temperatura de soldagem é atingida se o bojo da solda é produzido em uma velocidade circunferêncial de 50 a 200 m/min. A operação é distinguida através de curtos períodos de junta; é qualificado para  pré-fabricação de componentes de tubulação, prévia a instalação no local de fabricação.

Soldagem por alta freqüência

Para soldagem por alta freqüência temos vantagens no centro de gravidade da resistência elétrica na estrutura molecular para os chamados plásticos polar. Através de uma corrente alternada de alta freqüência (27,12 MHz) o material é levado a condição plástica, significando que o calor atravessa o próprio material.

Do quadro notamos, a alta qualidade elétrica do plástico poliestireno PS, polietileno PE e polipropileno PP não podem ser soldados por alta freqüência

Os princípios da soldagem por alta freqüência, são mostrados nas figuras seguinte. Tem de ser notado, que para cada junta de solda é requerido um eletrodo configurado correspondente. A operação é, portanto adequado somente para produção me massa.

Soldagem por ultrasom Através da soldagem por ultrasom podemos produzir em quase todos os plásticos uma vibração mecânica, o qual plástifica as interfaces da junta na freqüência definida (20 – 40 kHz). O cabeçote com o sonotrodo é movido verticalmente em compressão; este movimento produz a pressão de solda nas interfaces da junta. Termoplásticos moles podem somente transmitir a vibração sobre um percurso muito curto, assim eles podem somente serem soldados em um chamado campo a pouca distância (Ca 3mm). Componentes moldados de termoplásticos duros com um alto módulo de elasticidade pode ser soldado em um chamado campo largo significando que a solda pode ser feita em uma larga distância e o sonotrodo alcançar uma distância máxima.

Os padrões seguintes nos dão uma visão geral das aplicações mais importantes dos processos de soldagens em plásticos.

Inspeção da solda

Relativo e referência particular da inspeção de solda de plástico está no folheto DVS 2203, “Inspeção de juntas em solda de termoplásticos” e DVS 2206, “inspeção dos componentes e construção em termoplásticos”. Estes folhetos contêm compilação detalhada de normas e orientações correspondentes.

De acordo com a DVS 2203 são métodos curtos de inspeção:

Ensaio de tração, teste de dobramento, teste de impacto na dobra, teste de impacto na tração, teste de curvamento da dobra, pin push in test.

Estes métodos de teste destrutivos permitem apenas quantificar (bom / ruim,… em comparação a…), mas não qualitativo para o comportamento da junta soldada ao longo prazo. Dependente do tempo o plástico pode falhar.

Através de testes é possível definir a confiabilidade, por exemplo, para provar a vida útil mínima do plástico em definitivo em condições de operação por no mínimo 50 anos, embora o período de teste é relativamente baixo.

Para a junta de solda em folhas, somente métodos especiais são aplicados em testes, por exemplo, testes de separação através do peso, testes de separação através de molas, teste de dobra alternada, teste manual de resistência a descamação etc…

O até agora método de teste destrutivo mencionado requer uma amostra do componente. Na prática isso pode ser realizado estendendo as medidas necessárias da junta de solda. O excesso produzido da peça vem a ser a amostra.

Freqüentemente não é possível obter a amostra. Existe um método de teste para uma estimação aproximada, o qual, dependendo da experiência do inspetor, pode nos dar informações sobre a qualidade da junta. O protocolo de soldagem de quem máquinas de soldagem de plásticos são sujeitos a inspeções regulares obrigatórios a fazer, o teste mecânico e a inspeção visual podem dar pistas adequadas.

Inspeção visual

Critérios de avaliação (de acordo com DVS 2212 parte 1) são as aparências da solda (forma, altura, superfície da saliência da solda) e espessura da solda (enchimento superior da solda, raiz, desencontro da junta dos componentes). Critérios mais alem são listados na DVS 2206.

Teste Ultrasônico (teste – US)

Através de radiações acústicas especiais na freqüência entre 0,5 e 2 MHz são dados na amostra, por exemplo tubos soldados. Devido aos desvios de reflexão e refração conclusões são erradas, trincas ou bolhas em magnitudes > Ø1mm são possíveis. Este processo já é aplicado no local da construção; no laboratório é possível fazer uma detecção mais sensível do erro.

Teste de Raios (Raio-X / Raio-C)

A relação de despesas com aparatos neste método de teste é relativamente alto, também aqui é necessário um tamanho mínimo de erro. Trincas e separações de interfaces, os quais são presos firmemente e com isso uma abertura livre, não pode ser testada.

Teste Visual

A interferometria holográfica (fazendo nos componentes tensões visíveis) ou o procedimento ponto de luz (gravação macroscópico no componente requisitado) são métodos de testes específicos para aplicações laboratoriais.

Indicações, treinamento e verificações.

Com a soldagem e colocação de tubos plásticos (para gás e água) somente máquinas de soldar plásticos podem ser cobrados quem são treinados e inspecionados de acordo com o DVGW – norma GW 330 treinado, inspecionado e que são sujeitos a vigilância contínua.

A implementação da soldagem deve ser de acordo com DVS – folheto 2207, parte 1; deve ser feito um protocolo de soldagem.

Em principio juntas soldadas para tubos plásticos pressurizados para o suprimento de gás e água pode somente ser produzido especialmente em dispositivos construídos para soldagem. Que significa que a ferramenta aquecida de soldagem manual e soldagem com gás quente não são adequados para tais tubulações.

O treinamento de um soldador para inspeção de tubos plásticos é de acordo com GW 330 respectivo ao soldador de plástico de acordo com DVS 2212, parte 1.

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
torne-se um engenheiro ou um especialista internacional de soldagem IIW IWE IWS
Entre em contato por: +55 (11) 91713-0190 / 96378-0157 / treinasolda@infosolda.com.br / Infosolda@infosolda.com.br