DVS 2230-1-2003 Welding of plastic series parts - Quality assurance and testing.pdf

1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Fgen von Kunststoffen“Bearbeiter: OsenbergFile: D:Eigene DateienKundenDVSRi+Me2218Teil 32218-3.fmErstellt am: 20.05.2005Zuletzt gendert am: 27.01.2006NachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERW

2、ANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: Verlag fr Schweien und verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 1591-150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als e

3、ine wichtige Erkenntnisquelle zurBeachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltigist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Schweien

4、von thermoplastischenKunststoffen in der SerienfertigungRotationsreibschweien von Formteilen und Halbzeugen aus Polyamiden (PA)Inhalt:1 Geltungsbereich2 Verfahrensbeschreibung3 Beschreibung der zu schweienden Werkstoffe3.1 Polyamid-Typen3.2 Zusatzstoffe3.3 Schweirelevante Eigenschaften von Polyamide

5、n4 Werkstoffbezogene Einflussfaktoren auf das Schweiver-halten4.1 Erweichungs- und Plastifizierverhalten (Flieverhalten)4.2 Zusatzstoffe4.3 Recyclate, Regranulate, Regenerate4.4 Einfluss der Feuchtigkeit5 Konstruktionsmerkmale der Fgeteile5.1 Schweinahtgestaltung5.2 Toleranzen und Formgestaltung5.3

6、Fgezonengeometrien5.4 Aufnahmewerkzeuge5.4.1 Rotationsmitnehmer5.4.2 Aufnahmewerkzeug6 Qualittsanforderungen an die zu schweienden Fgeteile7 Wahl und berwachung der Schweiparameter7.1 Schweiparameter7.2 Einstellparameter7.3 Folgeparameter7.4 Verfahrensoptimierung8 Manahmen zur Qualittssicherung9 Sic

7、herheitsvorschriften10 Normen und Richtlinien11 Ausgewhlte Anwendungsbeispiele1 GeltungsbereichDiese Richtlinie gilt fr das Rotationsreibschweien (Kurzbe-zeichnung FR) von Formteilen und Halbzeugen aus Polyamiden,im Weiteren als PA bezeichnet.2 VerfahrensbeschreibungDie Grundlagen des Rotationsreibs

8、chweiens werden in DVS2218-1 und 2218-2 beschrieben. Um hohe Schweinahtqualit-ten zu erzielen, werden Schweimaschinen eingesetzt, die Mehr-stufendrcke (unterschiedliche Drcke whrend der Schwei-und Khlphase) sowie eine Triggerung ermglichen.Die Maschinen der neuen Generation bieten weitere technische

9、Mglichkeiten mit folgenden Betriebsarten: konstante Drehzahl, konstante Schweikraft konstante Drehzahl, variable Schweikraft variable Drehzahl, konstante Schweikraft variable Drehzahl, variable Schweikraft.Hierdurch knnen Material und Schweinaht unter spezifischenAspekten besser bercksichtigt und Sc

10、hweinahtqualitten wei-ter optimiert werden.Auerdem verfgen moderne Reibschweimaschinen ber einDiagnosesystem (Information ber Fehlerquellen in der Maschi-ne) zur Erfassung der Betriebsdaten Erfassung der Prozessdaten Bearbeitung der Prozessdaten bis hin zur statistischen Quali-ttskontrolle Erstellun

11、g einer Datendokumentation.3 Beschreibung der zu schweienden Werkstoffe3.1 Polyamid-TypenPolyamide (PA) sind hochwertige Thermoplaste, die vorwiegendbei technischen Bauteilen eingesetzt werden. Es sind harte biszhelastische Kunststoffe, die zur Verbesserung der mechani-schen und thermischen Eigensch

12、aften mit Verstrkungs- und/oder Fllstoffen oder anderen Zustzen modifiziert werden kn-nen.Es muss unterschieden werden zwischen teilkristallinen Polyami-den und amorphen (teilaromatischen) Polyamiden. TeilkristallinePA liegen als Homo- oder Copolyamide und als Gusspolyamidevor, wobei letztere haupts

13、chlich fr dickwandige Formteile undHalbzeuge Verwendung finden. Amorphe PA sind transparentund zeichnen sich durch eine geringere Verarbeitungsschwin-dung, gute Dimensionsstabilitt, teilweise hhere Glasber-gangstemperatur und etwas geringere Feuchtigkeitsaufnahmeaus. Zu ihnen werden auch Polymermisc

14、hungen (Blends) undModifizierungen aus Polyamiden gezhlt. Zur Verbesserung z. B. der Schlagzhigkeit, der Wrmeformbe-stndigkeit oder Steifigkeit, knnen die Polyamide mit einer Rei-he anderer Kunststoffe oder Elastifikatoren gemischt werden. Jenach Anteil der fremden Komponenten spricht man von modifi

15、-zierten Polyamiden oder bei hherem Fremdanteil von Polyamid-mischungen (Blends). Mit der Vernderung der oben genanntenEigenschaften wird auch das Schweiverhalten beeinflusst.3.2 ZusatzstoffeZusatzstoffe beeinflussen, je nach Art und Menge, das Schwei-verhalten und die Fgenahtfestigkeit. Zu den Zusa

16、tzstoffen zh-len Fll- und Verstrkungsstoffe, z. B.: Glas- oder Kohlenstofffasern Glasvliese oder -matten GlaskugelnKreideGlimmer Quarzmehl MetallpulverRichtlinieDVS 2218-3April 2006B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollecti

17、on - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2218-3Weitere Zusatzstoffe sind z. B.: Additive Farbmittel, (Pigmente, Farbstoffe, Ru) Nukleierungsmittel Schmiermittel Stabilisatoren Elastifikatoren Entformungshilfen (Trennmittel)3.3 Schweirelevante Eigenschaften von PolyamidenTabelle 1 zeigt Eigenschaften von unv

18、erstrkten Polyamiden, diefr das Schweien herangezogen werden knnen. Lediglich beiPAMXD6 wurden die Werte von einem mit 30% Glasfaser ver-strktem Material aufgenommen, da dieser Werkstoff nur als ver-strktes Material im Handel ist.4 Werkstoffbezogene Einflussfaktoren auf das Schwei-verhalten4.1 Erwei

19、chungs- und Plastifizierverhalten (Flieverhalten)Polyamide weisen hohe Schmelztemperaturen und relativ gerin-ge Reibungskoeffizienten auf. Die beim Reibschweien entste-hende Wrme ist dem Produkt aus Reibzeit, -druck und Um-fangsgeschwindigkeit proportional. Dieses Produkt muss einenMindestwert errei

20、chen, um die Materialoberflche zu plastifizie-ren. Nach Abschluss der Anreibphase ndert sich die Schmelze-temperatur nur noch wenig. Die mglichen Reibschweigeschwindigkeiten liegen in einemweiten Bereich, jedoch gehrt zu einer bestimmten Drehzahl nurein enger Fgedruckbereich. Druck und Drehzahl soll

21、ten so ge-whlt werden, dass sich sehr schnell plastifizierte Schmelze bil-det und nur eine geringe Abriebmenge entsteht. Ein zu hoherFgdruck bewirkt ein Verdrngen der Schmelze aus der Fge-naht und eine steigende Abschmelzgeschwindigkeit. Polyamidbildet aufgrund der niedrigen Viskositt nur eine sehr

22、dnneSchmelzeschicht.Tabelle 2. Einfluss der Viskositt auf das Flieverhalten.4.2 ZusatzstoffeFr Zusatzstoffe gelten die in DVS 2218-1 und 2218-2 gemach-ten Angaben, sowie die unter Abschnitt 3.2 aufgefhrten Zusatz-stoffe.4.3 Recyclate, Regranulate, RegeneratePA niedrigviskos Steilkegel-nahtDoppelkege

23、l-nahtUmfangsgeschwindigkeit m/s 1,0 1,6 1,6 2,6Fgedruck in der Schweinaht MPa1,5 1,8 0,6 1,2Fgeweg mm 3,0 4,0 1,0 2,0PA mittelviskosUmfangsgeschwindigkeit m/s 1,0 1,6 2,0 2,6Fgedruck in der Schweinaht MPa1,2 2,2 0,6 1,2Fgeweg mm 1,0 2,0 2,0 3,0Tabelle 1. Eigenschaften von Polyamidtypen fr das FR-Sc

24、hweien.1)t = teilkristallin, a = amorph3)Normklima (23C / 55% rel. Feuchtigkeit)2)1. Wert trocken, 2. Wert konditioniert4)10 min / 365C / 5 kgPA-Typ Chemischer Aufbau Gruppe1)Dichteg/cmE-Modul2)MPaWasserauf-nahme3)%Schmelz-temperaturCSchmelzeviskosittMVR (275C/5 kg)6 Polycaprolactam t 1,10 1,14 1100

25、 3500/1000 25002,5 220 6 35066 Polyhexamethylen-adpinamidt 1,12 1,14 2600 3600/1000 28002,5 255 10 150610 Polyhexamethylen-sebacinamidt 1,06 1,08 2400/15001,4 215 30 120612 Polyhexamethylen-dodecanamidt 1,01 1,02 2300/15001,3 210 60 20011 Poly-11-aminounde-canamidt 1,01 1,04 1600/10001,0 175 187 172

26、 18612 Polylaurinlactam t 1,01 1,02 1300 - 1600/12000,9 1,8 172 180 36 16046 Polytetrametylendipamid t 1,18 3300/10003,7 2956/66 Copolymer aus PA6 und 66 t 1,13 2200/10003,2 296 6066/6 Copolymer aus PA66 und 6 t - a 1,13 3000/11001,8 243 1106/6T Copolymer aus PA6 und Polyhexamethylen-terephthalamidt

27、 1,18 3500/3500295 20 30 4)PAMXD6-GF30Poly-m-Xylylendipamid t 1,22 4800/ 0,2 235 - 245B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 2218-3In zunehmendem Mae werden Recyclate (aus bereits einmalv

28、erarbeiteten und gebrauchten Bauteilen), Regranulate (sorten-reines Mahlgut ohne weitere Zustze) oder Regenerate (Mahlgutunter Zugabe von Zustzen) alleine oder in Mischung mit Neuwa-re verarbeitet und die daraus hergestellten Formteile geschweit.Ob und in welchem Mae die Schweieigenschaften dadurchb

29、eeinflusst werden, hngt von den Mischungsverhltnissen abund muss eventuell durch Versuche ermittelt werden. Dabei soll-te vor allem auf sortenreine Recyclate, Regranulate bzw. Rege-nerate geachtet werden.4.4 Einfluss der FeuchtigkeitDie Wasseraufnahme von Polyamiden fhrt zur Blasenbildung inder Schm

30、elze und somit zu einer porsen Schweinaht, die eineFestigkeitsminderung zur Folge hat, sowie zu einer Verringerungder Schmelzeviskositt. Besonders bei transparenten Teilenkann das Aussehen der Naht stark beeintrchtigt werden. Bei un-gengender Schweinahtqualitt muss im Einzelfall geklrt wer-den, ob d

31、ie Formteile vor dem Schweien zu trocknen sind. Sie-he hierzu auch Abschnitt 6.5 Konstruktionsmerkmale der Fgeteile5.1 SchweinahtgestaltungZur Erzielung hochwertiger Schweiverbindungen sind bereits inder Planungsphase die ntigen Voraussetzungen zu schaffen. Jenach Anforderung an die Schweiverbindung

32、en ist die Konstruk-tion auf folgende Forderungen auszurichten: rotationssymmetrische Fgenahtgeometrie zumindest ein Bauteil muss rotationsgerecht gestaltet sein beide Teile mssen das Drehmoment aufnehmen und bertra-gen knnen es mssen Scherkrfte in axialer Richtung aufgenommen undbertragen werden kn

33、nen die Teile drfen sich beim Schweivorgang nicht verformen bei Beginn der Reibphase soll eine kleinflchige (linienfrmige)Berhrung erfolgen.Zweckmig sind Kombinationen verschiedener Grundformenz. B. Stumpfkegel gegen Kreisflche. Die Kombination verschie-dener Fgeflchen soll nicht nur eine gute Zentr

34、ierung der Teilebewirken, sondern auch das Auftreten reibungsbehindernderRatterschwingungen ausschlieen. Der Schweivorgang wirddabei zunchst auf schmalen Ringzonen eingeleitet (siehe Bild1a). Dadurch bildet sich sehr schnell plastifiziertes Material, daseine eventuell auftretende Phase von Axial- od

35、er Torsions-schwingungen meist sehr rasch beendet. Es ist jedoch unbedingtzu beachten, dass die Reibschweibarkeit von Geometriekombi-nationen ihre Grenzen hat. Wird z. B. eine Steilkegelflche mit ei-ner Kreis- oder Kreisringflche von etwa gleicher Flchengrekombiniert, so kann es zu einer Fehlschweiu

36、ng kommen, weildie Steilkegelflche eine sehr viel grere Vorschubgeschwin-digkeit erfordert, als die Kreis- oder Kreisringflche. 5.2 Toleranzen und FormgestaltungDie zu fgenden Teile mssen zentriert passen.Zulssige Toleranzen bei einem Durchmesser von: 50 mm berdeckung 0,3 0,5 mm Toleranz max. 0,05 m

37、m 100 mm berdeckung 0,4 0,7 mm Toleranz max. 0,1 mm 200 mm berdeckung 0,6 1,0 mm Toleranz max. 0,2 mmDie unteren Grenzwerte gelten fr Steilkegel, die oberen Grenz-werte fr Flachkegel. Der Verzug der Teile sollte mglichst kleinsein.Bei Hhenschlag muss dieser zum Abschmelzweg addiert wer-den. Bei Seit

38、enschlag muss mit zustzlicher Belastung der Teilegerechnet werden, dieser sollte daher mglichst ganz vermiedenwerden.5.3 FgezonengeometrienUm einwandfreie Resultate in Bezug auf Dichtheit und mechani-sche Festigkeit zu gewhrleisten, mssen die Nahtprofile gewis-se konstruktive Voraussetzungen erfllen

39、.Am besten bewhrt haben sich V-Nhte, von denen zwei typi-sche Beispiele in Bild 1 gezeigt werden. Bild 1a zeigt ein Nahtprofil fr Teile mit gleichen Innendurchmes-sern, die zum Antreiben bzw. Festhalten mit einer Auenschulterversehen werden knnen (Zylindergehuse, Druckbehlter).Bild 1b zeigt ein Naht

40、profil fr aufgeschweite Bden und Ab-schlusskappen (Gaspatronen fr Feuerzeuge, Aerosolflaschen).An den in Bild 1 gezeigten Nhten kann man das Austreten vonSchmelze nicht vermeiden, was strend wirken kann oder eineNacharbeit erfordert. Bei verschweiten Gehusen, welche be-wegte mechanische Teile enthal

41、ten, kann das Abbrckeln“ vonSchmelzeaustrieb im Inneren die Funktion behindern und mussdeshalb unbedingt verhindert werden. Bild 1. Gestaltungsbeispiele fr V-Schweinhte.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2

42、016-11Seite 4 zu DVS 2218-3Bild 2 zeigt vier Vorschlge fr Schweinahtformen, die mit Rillenzur Aufnahme des Schweiaustriebs ausgerstet sind.Bild 2. Vorschlge fr Schweinahtformen mit Rillen zur Aufnahme desSchweiaustriebs (Doppelkegelnaht).Bild 2a. Die einfache Rille verdeckt zwar den Schmelzeaustrieb

43、nicht, verhindert aber ein Vorstehen desselben ber den Auen-durchmesser.Bild 2b. Die berlappende Lippe mit einem kleinen Spalt kann dieNachteile, wie in Bild 2a zu sehen ist, oft vermeiden (Aufnahmedes Schmelzeaustriebs).Bild 2c. Hier sind Rillen so angeordnet, dass sie am Ende derVerschweiung absch

44、lieen.Bild 2d. Die innere leicht berlappende Lippe schliet die Rillenvllig ab und jedes Austreten von Material wird verhindert. Dieuere Lippe liegt nach dem Verschweien auf dem Gegenrandauf.5.4 Aufnahmewerkzeuge5.4.1 RotationsmitnehmerDas Rotationsmitnehmerwerkzeug muss gewhrleisten, dass dieRotatio

45、nsbewegung auf das zu rotierende Bauteil formschlssigbertragen wird. Das Gewicht des Rotationsmitnehmers sollmglichst klein gehalten werden, um die Beschleunigungskrfteund Bremskrfte gering zu halten (servomotorischer Antrieb).5.4.2 AufnahmewerkzeugDas Aufnahmewerkzeug muss gewhrleisten, dass das Ba

46、uteilpositionsgenau fixiert wird.6 Qualittsanforderungen an die zu schweienden Fge-teileGute Schweiergebnisse lassen sich nur mit Fgeteilen erzielen,die nach den fr den Werkstoff gltigen Verarbeitungsrichtlinienhergestellt wurden. Fgeteile aus Polyamiden nehmen Feuchtigkeit aus der Luft aufund sollt

47、en daher mglichst kurz nach der Fertigung geschweitwerden. Bei lngerer Lagerzeit sind die Teile feuchtigkeitsdichtzu lagern. Feucht gewordene Teile sind vor dem Schweien aufeinen Feuchtigkeitsgehalt 0,5% zu trocknen. Zum Erreichender Gebrauchseigenschaften muss das Teil nach dem Schwei-en konditioni

48、ert werden.An der Fgeflche haftende Formtrennmittel und Verunreinigun-gen knnen den Prozess stren und die Schweinahtfestigkeitmindern. Das Gleiche gilt auch fr lackierte und metallbedampfteOberflchen. Lassen sich solche behandelten Oberflchen anden Fgeteilen nicht vermeiden, so ist darauf zu achten, dass dieOberflchenschicht in der gesamten Fgenaht aufgebrochen undmit austretendem Schweigut aus der Fgenaht verdrngt wird.Bindenhte im Fgezonenbereich sind Schwachstellen, beson-ders bei faserverstrktem Mater