Сварка пластмасс, процесс неразъёмного соединения термопластов и реактопластов, в результате которого исчезает граница раздела между соединяемыми деталями. Сварку термопластов производят с использованием тепла посторонних источников нагрева (газовых теплоносителей, нагретого присадочного материала, нагретого инструмента) или с генерированием тепла внутри пластмассы при преобразовании различных видов энергии (сварка трением, токами ВЧ, ультразвуком, инфракрасным излучением и др.).
Сварка происходит в пределах термопластического состояния материалов. При этом свободно перемещающиеся молекулярные цепи связываются в поверхностях контакта соединяемых деталей. Сварной шов охлаждается под давлением и в свободном состоянии.
Соединение реактопластов осуществляют способом, основанным на химическом взаимодействии между поверхностями непосредственно или с участием присадочного материала. Осуществление этого способа требует интенсивного прогрева поверхностей и интенсификации колебаний звеньев молекул полимера токами ВЧ или ультразвуком.
1. Сварка нагретым газом
Сварка пластмасс нагретым газом — горячий воздух нагревает поверхности свариваемого материала и присадочного прутка и, после приложения давления и остывания, получается монолитное соединение. Отличительной характеристикой способа является подвод тепла непосредственно к соединяемым поверхностям и последовательно от одного участка шва к другому. Наряду с последовательной сваркой возможна также сварка по всей поверхности шва за один прием. Сварку с помощью нагретого газа можно осуществлять с применением присадочного материала и без присадочного материала.
Данной сваркой можно соединять детали практически любых размеров и конфигураций из поливинилхлорида, полиолефинов, полиметилметакрилата, полистирола, полиамидов в любых условиях сварочного производства.
Недостаток этого способа — низкая производительность, высокая стоимость.
Положение шва при сварке
Изделия : толщина 1,5-20 (30)мм, панели, трубы, гидроизоляционные детали, покрытия для полов, фасонные детали.
Материалы
Рис. 1. Схема сварки пластмасс нагретым газом с применением присадочного материала: 1 — свариваемые изделия; 2 — сварочный шов; 3 — присадочный материал; 4 — наконечник нагревателя; 5 — струя нагретого газа
Прочность соединений, получаемых без применения присадочного материала, выше, чем с его применением, и достигает 80- 90 % прочности основного материала, при этом удельная вязкость материала почти не снижается. Данный способ сварки используется главным образом для соединения плоских изделий прямолинейным швом.
Руководящие технические материалы по сварке и контролю качества ...
... плит перекрытий допускается прихватка ригелей к опорным закладным деталям колонн короткими швами длиной 40-50 мм электродами с высокими пластическими свойствами наплавленного металла, например, типа Э42, Э46. сварку ... двух. Выполнять прихватки следует, применяя те же материалы и такого же качества, что и материалы для основных швов. Перед сваркой основных швов поверхность прихватки и соседних ...
Рис. 2. Схема сварки нагретым газом листов термопласта без присадочного материала: 1 — сварной шов; 2 — прижимные ролики; 3 — свариваемые листы; 4 — наконечник нагревателя
Рис. 3. Схема сварки нагретым газом пленочных материалов: 1 — свариваемые пленки; 2 — ограничительные ленты; 3 — струя газа; 4 — наконечник нагревателя; 5 — упругая подложка; 6 — жесткое основание
Рис. 4. Схема сварки пленок оплавлением кромок с подготовкой свариваемых кромок (а) и без подготовки свариваемых кромок (б): 1 — свариваемые пленки; 2 — струя газа; 3 — наконечник нагревателя; 4 — сварной шов; 5 — зажимные губки.
Оборудование: Для сварки термопластов нагретым газом применяются горелки, которые делятся на: газовые косвенного действия ГГК-1, газовые прямого действия ГГП-1, а также газовые горелки ГЭГИ и ГЭП 2 прямого действия с электрическим нагревом газа-теплоносителя.
2. Сварка нагретым инструментом
Сварка нагретым инструментом является наиболее универсальной для соединения различных изделий из термопластов (пленок, листов, труб, лент, профилей и др.).
Обычно при сварке этим способом присадочный материал не применяется.
Для нагрева соединяемых поверхностей используются металлические инструменты различной формы, а нагрев может осуществляться путем непосредственного соприкосновения с соединяемыми поверхностями (прямой нагрев, применяется в основном для сварки толстостенных изделий) или подводом тепла с внешней стороны через всю толщину детали (косвенный нагрев, используется для сварки пленок и тонких листов).
Нагретые детали спрессовывают, а затем охлаждают.
При подводке тепла с внешней стороны изделий нагревательный инструменты одновременно служат и для спрессовывания соединяемых деталей. Нагрев изделий может быть односторонним или двусторонним. Последний применяется только в тех случаях, кода конструкция свариваемого изделия позволяет подводить нагреватели с двух сторон
1) Сварка встык
Положение шва при сварке: любые пространственные положения.
Изделия: толщина s>2мм, ручная сварка, трубы, профили, панели, слитки, фасонные детали.
Материал: твердый суспензионный, ударно-вязкий, мягкий поливинилхлорид, твердый полиэтилен, полипропилен, полиамиды.
Общая продолжительность сварки: t>60с.
Рис. 5. Последовательность процессов стыковой сварки нагретым инструментом: а — исходное положение изделий и нагревательного инструмента; б — оплавление свариваемых поверхностей; в — готовое сварное соединение; 1 — свариваемые детали; 2 — электронагревательный инструмент
2 ) Сва рка враструб, сварка в выточку
В любых пространственных положениях
Изделия: толщина s>2мм, ручная сварка враструб, трубы D<50мм, машинная сварка враструб, сварка в выточку труб, панелей, фасонных деталей.
Технология газовой сварки
... толщины в пространственных положениях, определяемых конструкцией изделия. Основными параметрами газовой сварки являются вид и мощность пламени, диаметр присадочной проволоки и скорость сварки. Вид пламени зависит от свариваемого материала: ... и т.д. Подготовка генератора к работе: заливают воду ... пост) оборудуется всем необходимым для производства сварочных работ. На стационарном сварочном посту ...
Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен.
Сварочные аппараты, машины и принадлежности: Нагревающий элемент с инструментами для формирования шва (сварочный дорн или сварочная линза).
3 ) сварка тавровых и угловых соединений
Положение шва при сварке: нижнее
Изделия: толщина 2-10мм, панели.
Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен.
Продолжительность сварки 60с.
Сварка выполняется без присадочных материалов.
4 ) сварка нагретой проволокой
Положение шва при сварке: любые пространственные положения
Изделия: толщина s>1,5мм, панели, трубы.
Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, полиметилакрилат.
Продолжительность сварки: t>30с
Сварочный аппарат: регулировочный трансформатор или регулировочный выпрямитель (при отсутствии регулировочного трансформатора)
5 ) сварка нагретым клином
Рис. 6 Схема сварки нагретым клином нахлесточных соединений пленок: 1 — свариваемые пленки; 2 — клиновидный нагревательный элемент; 3 — прижимной ролик; 4 — сварной шов; 5 — транспортирующий ролик
Изделие: толщина 0,5-10,0мм (ручная сварка), толщина 0,1-2,0мм (машинная сварка), фольга, гидроизоляционный материал, ткани с покрытием, панели.
Материал: мягкий поливинилхлорид, мягкий, твердый полиэтилен, полипропилен, полиамиды.
6 ) сварка термоимпульсом
Изделия: толщина 0,01-0,2мм (односторонний импульс), толщина 0,01-0,4(0,5) (двусторонний импульс), фольга, тонкая бумага, алюминиевая фольга с покрытием, оклеечная бумага.
Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, твердый суспензионный поливинилхлорид.
Рис. 7. Схема термоимпульсной сварки полимерных пленок: 1 — пленки; 2 — нагреватель; 3 — тепло и электроизоляция; 4 — антиадгезионная прокладка; 5 — подвижная губка; 6 — эластичная подложка; 7 — неподвижная губка; 8 — сварной шов
Сварочные аппараты: ручные и механические устройства для сварки термоимпульсом.
7 ) сварка контактно-тепловая прессованием
Изделия: толщина 0,01-0,2мм (односторонний нагрев), толщина 0,01-0,4мм (двусторонний нагрев), фольга, тонкая бумага и алюминиевая фольга с покрытием, оклеечный материал.
Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, оклеечный материал из различных пластмасс.
Сварочные аппараты: Разделительная фольга из политетрафторэтилена, разделительная ткань с покрытие из политетрафторэтилена или силикокаучука (толщ. 0,13-0,15).
Рис. 8 Схема прессовой сварки с нагревательным инструментом без охлаждении (а) и с охлаждением (б) боковых зон шва: 1 — нагреватель; 2 -теплоизоляционная пластина; 3 — разделительная прокладка; 4 — свариваемые изделия; 5 — охлаждаемый элемент
8 ) сварка ленточная
Применение нагревательного инструмента в форме лент дает возможность охлаждать свариваемое изделие в процессе сварки перед снятием давления, для этого последняя зона, через которую проходит материал, снабжается охлаждающим устройством. Что значительно повышает качество и производительность сварочных работ.
Сварка в защитных газах
... происходящих при сварке в защитных газах; узнать об особенностях сварки изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах; сравнить технологические возможности других видов сварок с данной нам. сварка защитный низколегированный сталь Сварка в струе защитных газов была изобретена ...
Рис. 9. Схема ленточной сварки полимерных пленок с двусторонним подогревом: 1 — свариваемые пленки; 2 — стальная лента; 3 — нагреватель; 4 — охлаждающее устройство; 5 — сварной шов
9 ) роликовая сварка
Роликовая сварка применяется для соединения полимерных пленок при необходимости получения непрерывного шва значительной протяженности.
Рис. 10. Схема роликовой сварки с односторонним нагревом: 1 — свариваемые пленки; 2 — прижимной ролик; 3 — сварной шов; 4 — нагретый ролик.
3.Сварка расплавом
пластмасса сварка термопласт поливинилхлорид
Сварка расплавом получила в последнее время широкое распространение благодаря простоте и высокой производительности, широким технологическим возможностям и высокому качеству сварных соединений. Сварка может проводиться по непрерывной и периодической схемам. При непрерывной схеме сварки присадочный материал выходит из нагревательного устройства непрерывно, а при проведении процесса по периодической схеме периодически поступает в зазор между деталями, установленными в форму или зажатыми в приспособлении.
Сварку расплавом целесообразно осуществлять при высоких скоростях подачи расплава в шов и максимальной его массе, так как в этом случае присадочный материал теряет меньше теплоты и нагревать его можно до более низких температур.
Рис. 11. Схема сварки расплавом, получаемым экструзией: 1 — экструдер; 2 — расплавленный присадочный материал; 3 — свариваемые пленки; 4 — прижимные ролики; 5 — сваренный материал.
4. Сварка трением
Отличительными особенностями сварки трением являются малое время сварки (несколько секунд), локальное выделение тепла, высокая прочность сварного шва, возможность сварки поверхностей без их предварительной очистки, в том числе поверхностей, имеющих окисную пленку и различные инородные включения.
Рис. 12. Принципиальная схема сварки трением с использованием вращения одной детали (а), обеих деталей (б), вставки (в): 1 — вращающаяся деталь; 2 — сварной шов; 3 — неподвижная деталь; 4 — вставка
Сваркой трением хорошо соединяются полиэтилен, полипропилен, полиоксиметилен, поливинилхлорид, полиамиды, полистирол и сополимеры на его основе, а также некоторые фторполимеры. Сваркой трением могут соединяться не только однородные, но также и разнородные пластмассы.
Сварка трением широко применяется для соединения различных деталей, имеющих форму тел вращения, а также деталей любой формы, соединяемые поверхности которых находятся в одной плоскости, например, труб малых и средних диаметров, водопроводной арматуры, изделий сантехники, фильтров, резервуаров и др.
5. Ультразвуковая сварка
Мощные ультразвуковые колебания находят широкое применение в промышленности, а также в науке для исследования некоторых физических явлений и свойств веществ. В технике ультразвук используют для обработки металлов и в дефектоскопии. Широко применяется в медицине. В сварочной технике ультразвук может быть использован в различных целях. Воздействуя им на сварочную ванну в процессе кристаллизации, можно улучшить механические свойства сварного соединения, благодаря измельчению структуры металла шва и удалению газов. Ультразвук снижает или снимает собственные напряжения и деформации, возникающие при сварке. Одним из наиболее перспективных применений ультразвука является ультразвуковая сварка (УЗС), получившая в последние годы большое развитие, как в нашей стране, так и за рубежом.
Способ разработан в 1958 г. учеными МВТУ им. Н.Э. Баумана под руководством академика Николаева Г.А.
Основными отличительными чертами УЗС пластмасс является:
1) возможность сварки по поверхностям, загрязненным различными продуктами;
2) локальное выделение теплоты в зоне сварки, что исключает перегрев пластмассы, как это имеет место при сварке нагретым инструментом, нагретыми газами и т.д.;
3) возможность получения неразъемного соединения при сварке жестких пластмасс на большом удалении от точки ввода УЗ энергии;
4) возможность выполнения соединений в труднодоступных местах;
5) при УЗС нагрев материала до температуры сварки осуществляется быстро; время нагрева исчисляется секундами и долями секунды
Способ УЗС пластмасс заключается в том, что электрические колебания УЗ частоты (18-50 Кгц), вырабатываемые генератором, преобразуются в механические колебания сварочного инструмента — волновода и вводится в свариваемый материал. Здесь часть энергии механических колебаний переходит в тепловую, что приводит к нагреву зоны контакта соединяемых деталей до температур вязкотекучего состояния. Для обеспечения надлежащих условий ввода механических колебаний и создание тесного контакта свариваемых поверхностей прикладывается давление между волноводом и опорой. 6. Такой контакт обеспечивается статическим давлением Рст. рабочего торца волновода на свариваемые детали.
Это давление способствует также концентрации энергии в зоне соединений. Динамическое усилие, возникающее в результате колеблющегося волновода, приводит к нагрузку свариваемого материала, а действие статического давления обеспечивает получение прочного сварного соединения. Механические колебания и давление в этом случае действуют по одной линии перпендикулярно к свариваемым поверхностям. Такая схема ввода энергии применяется для УЗС пластмасс в отличие от «металлической схемы, когда механические колебания действуют в плоскости соединяемых поверхностей, а давление перпендикулярно к ним. Подвод энергии от волновода может быть односторонним и двусторонним.
Различают сварку ультразвуком в ближнем и дальнем поле. Первая позволяет сваривать поверхности на расстоянии до 5 мм от места ввода в материал ультразвуковых колебаний. Вторая — до 250 мм. При сварке в ближнем поле для равномерного распределения энергии по всей площади контакта свариваемых деталей необходимо. Чтобы площадь и форма рабочего торца инструмента-волновода и плоскости контакта свариваемых деталей были идентичны. Этот способ сварки наиболее часто применяется для сварки внахлестку.
Рис. 13 Схема ультразвуковой сварки в ближнем поле: а — прессовая сварка; б — роликовая сварка; 1 — волновод; 2 — свариваемые детали; 3 — опора.
Рис. 14. Схемы ультразвуковой сварки в дальнем поле: 1 — волновой инструмент; 2 — свариваемое изделие.
Оптимальные параметры режима сварки зависят от свойств свариваемого материала, толщины и формы изделий и других факторов и устанавливаются в каждом конкретном случае экспериментально к реальным изделиям.
Оценка режима обычно проводится по показателям прочности сварного соединения. Кроме того, проверяют его на герметичность, деформацию и другие характеристики.
6. Сварка токами высокой частоты
Отличительными особенностями высокочастотной сварки пластмасс являются:
- Одновременный нагрев по толщине свариваемых материалов, близкий к равномерному. Что исключает перегрев наружных поверхностей;
- Высокая скорость нагрева, позволяющая ограничивать время сварочного цикла несколькими секундами;
- Возможность изготовления за одну операцию изделий со сложной конфигурацией сварного шва;
- Широкое использование для соединения внахлест пленочных полимерных материалов, синтетических швейных материалов.
Рис. 15. Схема высокочастотной сварки: 1, 5 — плиты пресса; 2, 4 — электроды; 3 — свариваемые материалы.
При индукционной сварке нагрев закладного элемента осуществляется в электромагнитном высокочастотном поле с использованием индуктора, подключенного к генератору высокой частоты
Рис. 16 Схема индукционной сварки: 1, 3 — свариваемые изделия; 2 — закладной нагревательный элемент в виде проволоки; 4 — индуктор; 5 — генератор высокой частоты.
7. Сварка излучением
Отличительными особенностями сварки излучением являются отсутствие при нагреве прямого контакта между поверхностью излучателя и нагреваемо поверхностью 4 возможность в широких пределах управлять режимами нагрева, изменяя мощность излучения и поглощающую способность облучаемого материала.
Рис. 17. Схема сварки световым излучением листового термопласта с применением присадочного материала: 1 — присадочный пруток; 2 — подогреватель; 3 — точечный излучатель; 4 — стержневой излучатель; 5, 7 — ролики; 6 — листовой термопласт; 8 — пружина
Рис. 18. Схема сварки полимерных пленок лазерным излучением: 1 — отклоняющее зеркало; 2 — луч лазера; 3 — лазер; 4 — свариваемые пленки; 5 — транспортирующий ролик; 6 — прижимной ролик; 7 — фокусирующая линза
8. Контроль качества сварных швов при сварке пластмасс
наружным осмотром
Нарушение температурного режима сварки характеризуется значительным потемнением (от темно-коричневого до черного цвета) поверхности валика и основного материала.
электроискровым способом
метод проверки сжатым воздухом
В производстве упаковочной тары применяется способ длительного (5-10 ч) погружения сварных изделий в 2% водный раствор фуксина. Качество шва характеризуется проникновением жидкости внутрь сварного изделия.
надежный и удобный метод проверки плотности швов
Ультразвуковые методы контроля качества сварных швов используют способность ультразвуковых колебаний проникать с большой скоростью (до 12000 м/с) в материал и отражаться от поверхности раздела сред с различными акустическими свойствами.
три основных метода применения ультразвука
Теневой метод
Эхо-метод
Резонансный метод
вибрационные
рентгенография
Таблица 1. Дефекты сварных соединений, причины их возникновения и способы устранения
|
Дефекты |
Причины возникновения |
Способы устранения |
|
|
Непровар |
Повышенная скорость сварки, недостаточная напряженность электрического ноля. Недостаточная температура нагрева сварочных инструментов. Недостаточное сварочное давление |
Вторичная и последующая сварки (для всех термопластичных полимеров, кроме листового винипласта) |
|
|
Прожоги и выплески основного материала в местах швов |
Повышенная напряженность электрического поля. Перегрев сварочных инструментов. Повышенное давление. Нарушена рабочая поверхность электродов (вмятины, прогар, брызги металла и полимера и т. д.) |
Вырезать дефектное место и заварить заново |
|
|
Уменьшенная толщина сварного шва. Разложение материала сварного шва |
Увеличено сварочное давление. Чрезмерный нагрев инструментов |
Отрегулировать сварочное давление. Понизить температуру инструментов |
|
|
Посторонние включения в сварном шве |
Засоренная поверхность сварочных инструментов, электродов |
Очистить поверхность сварочных инструментов, электродов |
|
|
Потемнение или покраснение сварного шва |
Слишком большое время выдержки (перегрев) |
Отрегулировать режим сварки |
|
|
Незаметный на глаз сварной шов |
Недостаточное время выдержки. Слабый нагрев инструментов. Низкая напряженность электрического поля |
То же |
|
|
Плохая свариваемость деталей при оптимальном режиме сварки |
Хранение изделий при пониженной или повышенной температуре в помещения с повышенной влажностью. Выполнение сварки в помещениях с повышенной температурой |
Хранить изделие и свариваемый материал в помещениях при нормальной влажности и температуре 15…-25 °С |
|
Библиографический список
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/svarka-plastmass-nagretyim-gazom/
1. Лебедев Г.А., Напыление. Сварка. Склеивание. — Ленинград, «Химия»-1973г.-104с.
2. Сайт: www.autowelding.ru
