تاثیر اشعه فرابنفش بر کیفیت جوش الکتروفیوژن لوله پلی اتیلن

فرید ابوالعباسی : دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – ساخت و تولید

مهدی نظری مرویان : دکترای مهندسی مکانیک – ساخت و تولید

سید عبدالمحمد رضاوند : دکترای مهندسی مکانیک – ساخت و تولید

مقاله بررسی تأثیر اشعه فرابنفش بر استحکام لهیدگی جوش و خمکاری نوار جوش الکتروفیوژن لوله‌های پلی اتیلن گاز در همایش علمی مهندسی فرآیند که توسط هم اندیشان انرژی کیمیا برگزار شده بود ارائه شده است.
چکیده : 
امروزه استفاده از لوله های پلی اتیلن بدلایل مختلفی از جمله مقاومت در مقابل خوردگی ، مقاومت در برابر سایش ، سبکی وزن ، انعطاف پذیری ، طول عمر لوله و اتصالات ، تعمیرات سریع و ساده ، مقاومت در برابر جذب آب و عوامل شیمیایی در صنعت به شکل قابل توجهی توسعه یافته است . لوله های پلی اتیلن از نظر تجاری به لوله های با چگالی پایین ، متوسط و بالا تقسیم بندی می شوند . از برخی کاربردهای اینگونه لوله ها در صنایع مختلف می توان به استفاده از لوله های پلی اتیلن در صنایع نفت ، شبکه های توزیع گاز ، شبکه های آبرسانی ، سیستم های مایعات و فاضلاب صنعتی ، سیستم های زهکشی ، شبکه‌های آبیاری تحت فشار و… اشاره کرد . برخی از روش های متداول جوش لوله های پلی اتیلن شامل الف) جوش الکتروفیوژن ب) جوش بات فیوژن ج) جوش هوای داغ می باشند د) جوش با اکسترودرهای متحرک می باشد . در این تحقیق ابتدا اقدام به جوش الکتروفیوژن لوله های پلی اتیلن با قطر  25  میلیمتر که در مدت زمان متفاوت ( 200 , 400 , 550 , 700 , 1000, 2000 و 3000 ساعت ) تحت تابش اشعه فرابنفش قرار گرفته اند نموده سپس استحکام جوش اتصالات حاصل شده با استفاده از آزمایشات لهیدگی جوش و خمکاری نوار جوش مورد بررسی قرار گرفته اند . نتایج این تحقیق نشان می دهد که استحکام لهیدگی جوش و خمکاری نوار جوش لوله های پلی اتیلن با افزایش مدت زمان تابش اشعه فرابنفش کاهش یافته بطوریکه میزان گسستگی جوش در نمونه هایی که بمدت 400 ساعت تحت تأثیر اشعه فرابنفش قرار گرفته اند 13 درصد بوده و این مقدار جدایش در نمونه های متأثر از پرتو فرابنفش در 700 ساعت و بالاتر به میزان صد درصد افزایش یافته است . که به نظر میرسد این جدایش ناشی از اکسیداسیون و شکست پیوندهای مولکولی C-H ماده پلی اتیلن می باشد .

کلمات کلیدی : لوله پلی اتیلن ، جوش الکتروفیوژن ، اشعه فرابنفش ، استحکام لهیدگی ، استحکام خمکاری نوار جوش

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید

مقدمه
لوله های پلی اتیلن که از نظر تجاری به سه دسته لوله های با چگالی پایین  (LDPE) لوله های با چگالی متوسط (MDPE) و لوله های با چگالی بالا (HDPE) طبقه بندی می‌گردند بدلایل مختلفی همچون مقاومت شیمیایی بالا ، مقاومت به خوردگی ، انعطاف و مقاومت در برابر حرکت خاک ، وزن کم در مقایسه با فولاد ، سهولت اجرا و غیره در صنایع مختلف رواج یافته‌اند . اتصال (جوش) لوله های پلی اتیلن دارای انواع مختلفی است که یکی از روش های متداول آن جوش الکتروفیوژن می باشد . هدف از این تحقیق بررسی تأثیر اشعه فرابنفش خورشید بر استحکام لهیدگی جوش و خمکاری نوار جوش لوله های پلی اتیلن بوده است .
تابش های خورشیدی
تأثیر پدیده هوازدگی در قطعات ترموپلاستیک به دلیل استفاده یا نگهداری اینگونه مواد در فضای باز از اهمیت زیادی برخوردار است . یکی از مهم ترین عوامل تخریب ساختاری پلیمرها بر اثر هوازدگی ، تشعشعات خورشیدی بوده که تأثیر آن با توجه به موقعیت جغرافیایی ، شرایط جوی و شرایط فصلی متفاوت می‌باشد.
طیف پرتو نوری که از سطح خورشید به زمین می‌رسد ، دارای محدوده طول موجی از 290 نانومتر تا 3 میکرومتر بوده که حدود % 45 آن نور مرئی ، % 50 آن مادون قرمز و % 5 آن پرتوهای فرابنفش می باشند اشعه فرابنفش بین طول موج‌های 0,0144 میکرومتر و 0,39 میکرومتر است. با اینکه تشعشعات فرابنفش کمترین جزء پرتوهای خورشیدی را تشکیل می دهند ، ولی بیشترین نقش را در تخریب مواد پلیمری ایفا می‌کند . دلیل این موضوع میزان انرژی بالای این تشعشعات بوده که منجر به شکست پیوندهای شیمیایی در پلیمر ها می شود . محدوده طول موج اشعه فرابنفش در جدول 1 – 2 آمده است .

زنجیره‌های مولکولی پلیمرها در اثر تشعشعات با طول موج های واقع شده در محدوده  UVC و UVB ، UVA مورد تخریب قرار می‌گیرند که میزان آن و مدت زمان لازم جهت تخریب کامل به نوع پلیمر و شدت تابش بستگی دارد . طول موج و انرژی لازم جهت شکست پیوندهای پلیمری در جدول 2- 2 آورده شده است.

جوش الکتروفیوژن
این نوع جوش به دلیل سادگی و قابل اطمینان بودن آن کاربرد زیادی پیدا نموده است . در این روش از اتصال رابط یا بوشنهایی قابل جوش مخصوص استفاده می شود در این نوع جوشکاری حرارت حاصل از مقاومت الکتریکی سیم جوشهای کاشته شده در اتصالات ، رابط را از درون و دیواره لوله را در بیرون ذوب نموده و به هم جوش می دهد . در نتیجه هنگام خنک شدن ، پدیده انقباض لایه های ذوب شده را به هم فشرده نموده و جوشی قوی و ایمن ایجاد می کند . این جوش از طریق یک اکسترودر قابل حمل که قابل برنامه ریزی است انجام می گیرد . برای موفقیت کامل جوش بسیار مهم است که سطح مقطع اتصال و لوله بسیار تمیز نگهداری شده و سطوح اتصال لوله صیقل یافته و رابط در محل کار از جعبه خارج شود ضمنا کالیبره بودن دستگاه جوش و استفاده از گیره‌های هم راستا کننده ، تجهیزات مدورکننده لوله و انجام جوشکاری با استفاده از جوشکار با تجربه و ماهر در حصول به جوش با کیفیت و استحکام مناسب بسیار موثر می باشد . در شکل های زیر فرآیند انجام جوش الکتروفیوژن ، دستگاه جوش و رابط نمایش داده شده است .

نتیجه گیری
نتایج حاصل از بررسی نمودار گسستگی جوش نمونه هایی که بمدت 400 ساعت تحت تابش اشعه فرابنفش بوده اند بیانگر ایجاد 8 درصد میانگین گسستگی در آزمایش خمکاری نوار جوش و 13 درصد گسستگی در آزمایش لهیدگی جوش بوده است . بطوریکه این مقدار گسستگی در نمونه های 700 ساعت تحت تابش و بالاتر به مقدار 100 درصد افزایش یافته است که نشان از تاثیر پرتو فرابنفش در شکستن پیوند های C-H ماده پلی اتیلن دارد لذا علیرغم بکارگیری مواد محافظت کننده (دوده – رنگدانه) لوله های پلی اتیلن در مقابل اشعه فرابنفش در هنگام تولید این نوع لوله ها توصیه می گردد که از قرار دادن و نگهداری لوله های پلی اتیلن در شرایط نامطلوب (مکان روباز) و بمدت طولانی خودداری گردد .
مراجع

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید