Сварка экструдируемой присадкой

Сварка экструдируемой присадкой (расплавом) – состоит в том, что расплавленный материал, выходящий из экструдера или другого устройства, непрерывно подается в зазор между соединяемыми поверхностями, нагревает их до температуры сварки и, сплавляясь с ним, образует сварной шов (рис. 1.15.).

Рис. 1.15. Схемы бесконтактной (а) и контактно-экструзионной (б) сварки расплавом:

1 - экструдер, 2 - мундштук экструдера; 3 - свариваемые детали; 4 - прикатывающий ролик

Этот метод прост, высокопроизводителен, обладает широкими технологическими возможностями и позволяет получить высококачественные сварные соединения. Сварка экструдируемой присадкой близка к процессу сварки термопластов газовыми теплоносителями с присадочным материалом. Сварное соединение образуется за счет сплавления присадочного материала с кромками соединяемых деталей. Для получения плотного контакта расплавленного присадочного материала с кромками свариваемых деталей необходимо создавать давление. Теплота, вносимая в зону сплавления, должна перевести в вязкотекучее состояние соединяемые кромки, обеспечить сохранение вязкотекучего состояния присадочного материала и компенсировать потери теплоты с поверхности шва. Учитывая потери теплоты экструдируемой присадкой при прохождении воздушного зазора, температура присадки при выходе из мундштука экструдера, должна быть выше, чем температура, при которой необходимо вносить присадочный материал в зону сплавления, на 10-20°С и на 40-80°С выше температуры текучести соответствующих полимеров. Сварку экструдируемой присадкой можно применять для соединения полимеров, характеризующихся широким интервалом вязко-текучего состояния и способных нагреваться при экструзии значительно выше температуры текучести без заметной деструкции. К таким материалам относятся полиэтилен, полипропилен, фторопласты. Наиболее целесообразно сварку экструдируемой присадкой осуществлять при высоких скоростях экструзии и максимально возможном диаметре присадки, так как в этом случае потери теплоты меньше. Способ сварки, при котором присадочный материал непрерывно поступает в зону соединения из мундштука экструдера, находящегося на некотором расстоянии от поверхности свариваемого материала, получил название бесконтактной экструзионной сварки, или просто экструзионной. Сварку экструдируемой присадкой можно использовать для выполнения стыковых, угловых, тавровых и нахлесточных соединений. Форма поперечного сечения и конструктивные элементы подготовленных кромок и выполненных швов регламентированы ГОСТ 16310 и определяются толщиной материала, нагрузкой, действующей на сварную конструкцию, и доступностью к месту сварки. Сварка стыковых соединений возможна без подготовки кромок с односторонним (V-образная разделка) и двусторонним скосом кромок (Х-образная).

Сварку стыковых соединений без подготовки кромок следует выполнять при сборке конструкций из материалов толщиной до 3мм и только контактно – экструзионным способом, так как в этом случае разделку шва осуществляют нагретым мундштуком экструдера в процессе сварки. При сварке встык листов толщиной более 3мм необходим скос кромок одного или двух свариваемых листов с одной либо двух сторон в зависимости от доступности места стыка.

Прочность сварных соединений, полученных с помощью экструзионной и контактно – экструзионной сварки, зависит от угла раскрытия шва. Максимальная прочность стыковых сварных соединений с V-образной разделкой кромок достигается при углах раскрытия 70-90º; соединения с Х-образной разделкой – при углах раскрытия 60-80º. При оптимальных углах раскрытия швов соединения с Х-образными швами имеют более высокую прочность и требуют меньшего расхода присадочного материала. Поэтому при сварке встык конструкций из листовых материалов толщиной свыше 8мм, в случае возможности двустороннего подхода к месту стыка, предпочтительна Х-образная разделка кромок. Скос кромок несколько повышает прочность швов.

Ручной сваркой даже при наличии зазора трудно обеспечить стабильное проплавление корня шва по всей его длине. В этом случае соединения выполняют с подваркой корня шва с обратной стороны. Разнотолщинность материала в случае стыковых соединений не должна превышать 1мм, если превышает, то на листах (деталях) большей толщины делается скос под углом 10-20⁰ с одной или двух сторон до толщины более тонкого листа.

При сварке стыковых и угловых соединений число наносимых слоев (число проходов) определяется толщиной соединяемого материала и производительностью экструдера. При толщине материала до 6 мм указанные соединения можно выполнять за один проход, при толщине более 6 мм – за несколько. В случае многопроходной сварки корень шва должен быть тщательно проварен, затем накладывают последующие слои таким образом, чтобы каждый последующий валик был более широким, чем предыдущий. Перед наложением каждого валика поверхность предыдущего должна быть тщательно очищена от пыли и окисленного слоя. Для выполнения сварных соединений экструдируемой присадкой необходимо применять присадочный материал, аналогичный свариваемому. Во всех случаях при сварке расплав вытекает в направлении, противоположном движению сварочного аппарата. Материалы толщиной до 5 мм следует сваривать присадочным материалом диаметром 5 мм, материалы толщиной свыше 5 мм – диаметром 10 мм. Увеличение или уменьшение диаметра присадочного материала ухудшает качество сварных соединений.

Оптимальное расстояние между мундштуком экструдера и поверхностью свариваемого материала при указанных диаметрах присадочного равно 100 мм Увеличение этого расстояния приводит к значительным потерям присадочным материалом теплоты; уменьшение – затрудняет создание сварочного давления, которое должно сообщаться присадочному материалу непосредственно после укладки его в шов.

Наиболее важные технологические параметры экструзионной сварки:

- температура присадочного материала;

- сварочное давление;

-скорость сварки.

Относительная прочность сварных соединений полученных экструзионной сваркой, составляет 90-100% прочности материала и несколько выше, чем в случае других известных способов сварки; значительно выше также скорость сварки даже при использовании малопроизводительного сварочного оборудования. Преимуществом способа контактно – экструзионной сварки является также низкая чувствительность к состоянию поверхности.