Развитие сварки пластмасс в СССР началось я 60-е годы; в последние годы освоена сварка основных термопластов, применяющихся для изготовления изделий и конструкций различного назначения. Значительная работа проведена в области механизации и автоматизации процессов сварки, разработаны и применены новые способы сварки. Теоретической основой для научной разработки оборудования и технологии сварки пластмасс стали исследования механизма образования сварных соединений материалов на основе полимеров. Первые фундаментальные исследования механизма образования сварных соединений из термопластов были выполнены советскими специалистами под руководством проф. С. С. Воюцкого. а затем развиты в работах других исследователей. В настоящее время организованы десятки специализированных участков и цехов, где успешно применяются наиболее эффективные способы сварки, а сама сварка стала важным и самостоятельным технологическим процессом. В значительно меньших объемах, чем сварка, при изготовлении изделий и конструкций из пластмасс применяется склеивание. Эффективны клеевые соединения при строительстве трубопроводов из поливинилхлорида и конструкций из листовых стеклопластиков.
Производительность применяемых в настоящее время способов сварки пластмасс, а значительной степени может быть повышена за счет механизации и автоматизации вспомогательных операций, а также за счет совершенствования сварочного оборудования.
Основными направлениями зкономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на nepuод до 2000 годa поставлена задача увеличить применение в машиностроении прогрессивных конструкционных материалов — проката из низколегированной стали, гнутых, фасонных и точных профилей, металлических порошков и пластмасс.
Заключительным этапом при изготовлении изделий и конструкций из пластмасс является сборка. Доля затрат на ее выполнение может составлять от 30 до 70% общей стоимости производства изделий и конструкций. Я связи с этим развитие различных способов соединения пластмасс, среди которых наибольшее применение нашли сварка и склеивание, имеет большое народнохозяйственное значение.
3
|
Название пластмасс |
Формула |
Свойства |
Применение |
|
Полиэтилен |
(-CH 2 -CH2 )n |
Термопластичен. При нагревании размягчается — можно вытянуть нити. Горит, синим пламенем, при этом плавиться, и образует капли. Пластичен, эластичен, прочен, тонкие пленки прозрачные, не пропускают ультрафиолетовые лучи; обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию щелочей любых концентраций, органических кислот, концентрированной соляной и плавиковой кислот; сравнительно стоек к радиоактивным излучениям. При t 0 выше 80 0 C растворяется в алифатических и ароматических углеводородах и их галогенопроизводных. |
Идет на изготовление пленок, труб, профилированных изделий, изоляции проводов и кабеля, емкостей, гальванических ванн, санитарно-технических изделий, волокон и др., широко применяется в различных областях техники, сельском хозяйстве и быту. |
|
Полипропилен |
(-CH 2 -CH-)n CH 3 |
Термопластичен. Обладает свойствами высокой ударной прочности, высокой стойкости к многократным изгибам, низкой паро- и газопроницаемости; хороший диэлектрик, плохо проводит тепло, не растворяется в органических растворителях, устойчив к воздействию кипящей воды и щелочей, но темнеет и разрушается под действием HNO 3 , H 2 SO4 и хромовой смеси. Обладает низкой термо- и светостойкостью. |
Из пропилена изготавливают волокна и пленки, сохраняющие гибкость при 100-130 0 С, пенопласт, детали машин, профилированные изделия, трубы, различную арматуру, контейнеры, бытовые изделия и др. |
|
Поливинилхлорид |
(-CH 2 -CH-) n Cl |
Термопластичен. При нагревании размягчается. Горит небольшим пламенем, образуя черный хрупкий шарик. При горении чувствуется острый запах. Достаточно прочен, обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Ограниченно растворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородов. Устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, промышленных газов, бензина, керосина, жиров, спиртов. Стоек к окислению и практически негорюч, обладает невысокой теплостойкостью. |
Применяется для производства искусственной кожи, плащей, клеенки, труб, изоляционного материала для электрических проводов, стройматериалов. |
|
Полистирол |
(-CH 2 -C)n C 6 H5 |
Термопластичен. Хороший диэлектрик, влагостоек, легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматических и хлорированных алифатических углеводородах, физиологически безвреден, однако для полистирола характерны сравнительно низкая теплостойкость и значительная хрупкость. |
Используют для изготовления предметов бытовой техники и домашнего обихода, упаковки, игрушек, фурнитуры, пленки, для получения пенопластов. |
|
Полиметилметакрилат |
(-CH 2 -C -C H |
Исключительно прозрачен, обладает высокой проницаемостью для лучей видимого и ультрафиолетового света, хорошими физико-механическими и электроизоляционными свойствами, атмосферостоек, устойчив к действию разбавленных кислот и щелочей, воды, жиров, спиртов и минеральных масел. Физиологически безвреден и стоек к биологическим средам. Размягчается при температуре несколько выше 120 0 С и легко перерабатывается. |
Используется в транспортном машиностроении, авиационной и светотехнической промышленности, строительстве и архитектуре, приборостроении, для изготовления вывесок и реклам, бытовых изделий и др. |
Схема электрической горелки
на рис. 1. Воздух под давлением со скоростью 25….30 м/с проходит через многоканальную трубку 4 с расположенной на ней (или в ней) спиралью 5 выходит через наконечник 2 и сменное сопло 1. Имеется возможность регулирования скорости подачи воздуха и рабочей температуры выходящего из сопла газа.
Рис. 1. Схема электрической горелки для сварки пластмасс:
1- сменное сопло; 2- наконечник; 3- кожух;
4- многоканальная трубка; 5- спираль.
5
Сварка нагретым инструментом
Рис. 2. Электронагревательный инструмент для стыковой сварки:
1 – нагревательная плита; 2 – ТЭН; 3 – терморегулятор; 4 – корпус;
5 – рукоятка; 6 – кабель питания.
Сварка экструдируемой присадкой.
Поэтому способу сваривают стыковые или нахлёсточные соединения большой протяжённости с использованием экструдируемого присадочного материала. Этот материал обычно имеет круглое сеченье. Предварительный подогрев свариваемых кромок позволяет на 20 – 30 0 С снизить температуру присадочного материала по сравнению со сваркой без предварительного подогрева соединяемых поверхностей.
По наиболее типовой схеме присадочный материал непрерывно поступает из экструдера в зону соединения, где отдаёт своё тепло соединяемым поверхностям и вместе со свариваемыми деталями проходит между обжимными роликами (рис. 3)
Рис. 3. Сварка расплавом, получаемым экструзией:
1 – экструдер; 2 – расплавленный присадочный материал; 3 – свариваемые плёнки;
4 – прижимные ролики; 5 – сваренный материал. 6
Сварка излучением
Отличительными особенностями сварки излучением являются отсутствие при нагреве прямого контакта между поверхностью излучателя и нагреваемой поверхностью; возможность в широких пределах управлять режимами нагрева, изменяя мощность излучения и поглощающую способность облучаемого материала.
При сварке излучением могут облучаться соединяемые поверхности или поверхности, которое являются наружными по отношению к сварочной зоне (рис. 4.)
Рис. 4. Способы сварка полимерных материалов излучением:
- а – подвод излучения к наружной по отношению к сварочной зоне поверхности;
- б – подвод излучения к соединяемым поверхностям;
5 – прозрачная для излучения опора.
Сварка нагретым клином
Рис.5. Схема сварки нагретым клином нахлёсточных соединений плёнок:
1 – свариваемые плёнки; 2 – клиновидный нагревательный инструмент; 3 – прижимной ролик; 7
4 – сварной шов; 5 – транспортирующий ролик.
При прессовой сварке
Рис. 6. Схема прессовой сварки с нагревательным инструментом без охлаждения (а) и с охлаждением (б) боковых зон шва:
1 – нагреватель; 2 – теплоизоляционная пластинка; 3 – разделительная прокладка;
4 – свариваемые изделия; 5 – охлаждаемый элемент.
Типы швов и размеры конструктивных элементов должны определяться, исходя из толщины материала, типа армировки, типа и толщины полимерного покрытия, величины исходной межслоевой прочности полимерного покрытия и армирующей основы, технических требований к соединениям.
Рис. 7. Схема термоимпульсной сварки полимерных плёнок:
1 – плёнки; 2 – нагреватель; 3 – тепло и электроизоляция; 4 –антиадгезионная прокладка;
5 – подвижная губка; 6 – эластичная подложка; 7 – неподвижная гибкая; 8 – сварной шов.
8
Роликовая сварка
Рис. 8. Схема роликовой сварки с односторонном нагревом:
1 – свариваемые плёнки; 2 – прижимной ролик; 3 – сварной шов; 4 – нагретый ролик.
Для ручной сварки неармированных полимерных плёнок предназначен ролик
ВНИИСТ-3 (рис. 9)
Р ис. 9. Ролик ВНИИСТ-3 для ручной сварки плёнок:
1 – нагревательная спираль; 2 – подвижный диск;
3 – неподвижный диск; 4 – несущая вилка с осью;
5 – рукоятка.
Основное соединение плёнок – нахлёсточное. Возможны и другие конструкции соединений, применяемых в основном для армированных плёнок
( рис. 10).
Рис. 10. Типы соединений плёночных материалов при прессовой сварке:
- а – нахлёсточное;
- б – нахлёсточное с одной накладкой;
- в – нахлёсточное с двумя накладками;
- г – стыковое с накладками;
- д – стыковое с двумя накладками;
- е – рантовое;
- ж – рантовое с накладкой.
9
Р ис. 11. Сварочный аппарат установки ПЭСУ-2000:
1 – электродвигатель экструдера;
2 – загрузочная воронка; 3 – шнек;
4 – цилиндр; 5 – датчик температуры;
6 – насадка; 7 – электронагреватель; 8 – упор; 9 – редуктор экструдера; 10 – шарнир;
11 – шасси;
12 – подпружиненная пластина с прорезями; 13 – редуктор тележки;
14 – электродвигатель тележки;
15 – захват с направляющей; 16 – ручка;
17 – щиток управления; 18 – тумблер.
Сварка плёнок машиной ПСМ-1 должна производиться на ровном и жёстком основании с помощью направляющей планки, устанавливаемой вдоль сварного шва и служащей для перемещения машины в процессе сварки.
Сварка ленточная.
Применение нагревательного инструмента в форме лент даёт возможность охлаждать свариваемое изделие в процессе сварки перед снятием давления, для этого последняя зона, через которую проходит материал, снабжается охлаждающим устройством (рис. 12), что значительно повышает качество и производительность сварочных работ.
Рис. 12. Схема ленточной сварки полимерных плёнок с двусторонним подогревом:
1 – свариваемые плёнки; 2 – стальная лента; 3 – нагреватель;
4 – охлаждающее устройство; 5 – сварной шов.
Рис. 12а. Сварочный полоз УСП-9:
1 – клемма; 2 – ролик; 3 – тумблер; 4 – металлическая лента; 5 – рукоятка;
6 – регулировочная гайка; 7 – корпус; 8 – пружина; 9 – электрокабель.
10
При сварке пластмасс ультразвуком
Рис. 13. Основной узел ультразвуковой сварочной машины
1-подвижная опора; 2- свариваемые материалы;
3- волновод-конденсатор; 4-вибратор;
5- ультразвуковой генератор
Для сварки пластмассовых труб
Рис. 14. Установка УСТТ – 110 для стыковой сварки пластмассовых труб:
- а – центратор;
- б – блок управления с нагревательным инструментом;
1 – рычажная система; 2 – индикатор давления; 3 – манометр; 4 – зубчатый сектор;
5 – зажимной винт; 6 – верхняя откидывающаяся полуобойма;
7 – нижняя фиксированная полуобойма; 8 – направляющая; 9 – торцующее устройство;
10 – захват для зажима соединительных деталей; 11 – упорный кронштейн; 12 – рама;
13 – неподвижные зажимы; 14 – подвижный зажим;
15 – блок управления; 16 – нагревательный инструмент; 17 – кассета.
11
Рис. 15. Схема получения труб методом экструзии:
1-охлаждающее устройство; 2- калибрующий мундштук;
3-дори; 4- фильер; 5- рабочий цилиндр; 6- нагреватель; 7- червяк; 8- бункер.
Для изготовления труб большого диаметра используются экструзионно- обмоточные станки, в которых выходящая из экструдера гладкая или профилированная лента наматывается по спирали на вращающийся цилиндр и затем сваривается внахлёст. Сварка может осуществляться как за счёт подогрева цилиндра (сплавление полимеров, резины и др.) так и с помощью сварочного оборудования. При этом способе в качестве армирующего материала также возможно использование лент на тканевой, сетчатой и других основах.
Д ля получения тонких плёнок используют метод раздува горячей цилиндрической заготовки, поступающей из экструдера или щелевой головки (рис 16).
Внутрь трубчатой заготовки подаётся под определённым давлением сжатый воздух, деформирующий её во всех направлениях до определённой толщины, плёнка отверждается на воздухе, обжимается валками и поступает на приёмный барабан. Для изготовления многослойных и армированных плёнок применяют метод соэкструзии, при котором используется несколько шнековых экструдеров, работающих на одну общую рабочую головку.
Рис. 16.Схема получения тонких плёнок раздувом:
1- бункер; 2- шнековый экструдер; 3- щелевая головка; 4- плёнка; 5- бесконечная лента;
6- обжимные валики; 7- приёмный барабан.
12
Библиографический список.
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/svarka-plastin/
-
Крикунов И.И. Некрасов Ю.И. «Газовая сварка пластмасс»
Издательство: «Машиностроение» — 1974г.
-
Шестопал А.Н. Васильев Ю.С. Минеев Э.А. – К. Техника, 1986г
«Справочник по сварке и склеиванию пластмасс»
13
