Сварка нагретым присадочным материалом

Этот способ также называют сваркой экструдируемой присадкой потому, что для сварки используют поступающий из экструдера присадочный материал (экструдат) в термопластичном состоянии. Сущность сварки термопластов со­стоит в том, что расплавленный материал, выходящий из экструдера или дру­гого устройства, непрерывно плавно под определенным давлением подается в разделку (зазор) между соединяемыми поверхностями, нагревает их до тем­пературы сварки и, сплавляясь с ним, образует сварной шов.

Этот метод высоко производителен, обладает широкими технологиче­скими возможностями и позволяет получать высококачественные сварные со­единения.

Способ сварки, при котором расплавленный присадочный материал не­прерывно поступает в зону соединения из мундштука экструдера, который находится на некотором расстоянии от поверхности свариваемого изделия (рис. 16, а), называют бесконтактной экструзионной сваркой или просто экструзионной. Для обеспечения плотного контакта присадочного материала с соединяемыми поверхностями применяют специальные прижимные устройства.

Наиболее широкое применение в практике сварки как листовых, так и пленочных термопластов, нашла контактно-экструзионная сварка (рис. 16,б) При этом способе разогретый мундштук экструдера, имеющего форму разделки кромок, вводят в разделку шва до контакта с кромками и перемещают по стыку под углом 10-15° к вертикали, одновременно заполняя разделку

расплавленной присадкой. Такой способ позволяет максимально снизить потери теплоты в ок­ружающую среду и дополнительно обеспечить нагрев кромок шва за счет теп­лопередачи от мундштука экструдера, температура которого близка к темпера­туре выходящего из него расплава.

Рис. 16. Схемы бесконтактной (а) и контактно-экструзионной (б) сварки расплавом: 1- экструдер, 2- мундштук экструдера; 3- свариваемые детали; 4— прикатывающий ролик

Для сварки пленок применяется метод, при котором сварка производится непрерывной по­дачей в зазор между соединяемыми поверх­ностями пленок расплава, который вместе с пленками проходит между обжимными роли­ками. Скорость сварки пленок зависит от производительности экструдера и их толщи­ны и может изменяться от 0,5 до 3 м/с.

Разновидностью способов сварки пластмасс экструдируемой присадкой является сварка литьем под давлением. При этом способе расплав подается в золу соединения из литьевой машины периодически. Сварку осуществляют в специальной форме, которая имеет каналы, расположенные по линии разъе­ма. По этим каналам продавливается расплав, который, передавая часть тепло­ты кромкам деталей, расплавляет и соединяет их по линии разъема. Таким спо­собом соединяют заранее отштампованные детали. Данный способ обладает высокой производительностью; его применяют при сварке изделий в трудно­доступных местах по поверхностям сложной конфигурации, когда сварка дру­гими способами невозможна.

Соединяемые поверхности материала перед нагревом их мундштуком экструдера можно предварительно подогреть горячим газом. Способ сварки по этой схеме назван контактно-экструзионной сваркой с предварительным по­догревом.

Наиболее важными технологическими параметрами экструзионной сварки являются температура присадочного материала, сварочное давление и скорость сварки.

Температура присадочного материала, при которой обеспечивается мак­симальная прочность соединения, зависит от величины сварочного давления. При малых давлениях (0,15-0,2 МПа) высокая прочность достигается при бо­лее высоких- температурах присадочного материала. Однако для каж­дого термопласта характерен определенный интервал температур, обеспечи­вающих максимальную прочность сварного соединения: для ПВД 210- 280°С, для ПНД-240-280°С, для ПП-250 - 280°С.

Характерной особенностью процесса экструзионной сварки является то, что оптимальные режимы сварки не зависят от толщины свариваемого материала и с изменением ее от 2 до 30 мм практически остаются постоянными, в том числе и скорость сварки, если производительность применяемого оборудо­вания обеспечивает такую возможность.

Относительная прочность сварных соединений, полученных экструзион­ной сваркой, составляет 90-100% прочности свариваемого материала и не­сколько выше, чем в других известных способах сварки.

Технологический процесс контактно-экструзионной сварки характеризу­ется меньшим числом параметров, чем экструзионная сварка, однако основны­ми технологическими параметрами этого способа сварки остаются также тем­пература присадочного материала - Тм, сварочное давление -Р_св и скорость сварки- υ_св. При этом способе сварки соединения с максимальной прочностью могут быть получены в широком интервале температур: для ПВД 180 - 270°С, для ПНД 200 - 270°С, для ПП 210 - 270ºС.

По производительности процесса и прочности сварных соединений контактно-экструзионная сварка практически не отличается от экструзионной и сварные соединения, полученные при оптимальных режимах, имеют проч­ность 90-100% прочности основного материала. Однако контактно-экструзионный способ сварки обеспечивает более стабильное качество свар­ных соединений при прочих равных условиях.

Ультразвуковая сварка

Способ ультразвуковой сварки заключается в том, что электрические ко­лебания ультразвуковой частоты (порядка 20- 50 кГц), вырабатываемые гене­ратором, преобразуются в механические продольные колебания преобразова­телем и вводятся в свариваемый материал.

При сварке пластмасс в отличие от металлов статическое (Рст) и динами­ческое (Р) усилия совпадают. Амплитуда колебаний (А) зависит от длины и ма­териала волновода.

 

Сварка излучением

Сварка пластмасс излучением основана на способности пластмасс поглощать лучистую энергию и нагреваться за счет этого. В результате поверхност­ные слои деталей из термопластов переходят в вязкотекучее состояние и после приложения необходимого давления свариваются. В соответствии с видом ис­точника энергии и характера генерируемого им излучения различают следую­щие способы сварки: светом видимого диапазона и инфракрас­ным излучением (ИК) (рис.17).

Рис.17. Сварка ИК-излучением на жесткой подложке с созданием давления путем растяже-ния свариваемых матералов (а) к за счет упругой подложки (б): А- ИК-луч; В- направление натяжения; Р— явление прижима: 1— губки ограничителей зоны облучения; 2- нагреватель, 3~ свариваемые пленки; 4- сварной шов; 5- подложка

Процесс нагрева ИК-излучением легко регулируется в широком диапазо­не при изменении мощности лучистого потока (температуры нагрева излучате­ля) и расстояния до облучаемых деталей.

 

Сварка пластмасс трением

Сварка пластмасс трением основана на нагреве соединяемых поверхно­стей за счет превращения механической энергии трения в теплоту. Так как пла­стмассы обладают низкой теплопроводностью, от зоны контакта деталей, под­вергающихся трению, отводится незначительное количество тепла и поэтому их нагрев происходит быстро.

За счет выделяющейся при трении теплоты пластмасса переходит в вязкотекучее состояние и под воздействием прикладываемого при этом усилия часть расплава вытекает в процессе трения (оплавления) свариваемых деталей. При создании в стыке необходимого количества расплава процесс трения прекращается, и детали сжимаются (осаживание); в результате получается неразъ­емное соединение (рис. 18).

 

Рис.18. Схема сварки трением с исполь­зованием вращения одной детали (а), обоих деталей (б) и вставки (а): 1 - вра­щающаяся деталь; 2 ~ неподвижная деталь; 3 -сварной шов; А – вставка

 

Контрольные вопросы

1.Сварка нагретым газом. Виды сварки.

2. Сварка нагретым инструментом. Достоинства и недостатки.

3. Сварка нагретым присадочным материалом. Особенности применения.

4. Ультразвуковая сварка.

5. На чем основана сварка пластмасс излучением?

6. Особенности сварки пластмасс трением.