Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

К термомеханическим относятся виды сварки, при которых неразъем­ ное соединение образуется вследствие подвода тепловой энергии и прило­ жения статического давления.

При механических видах сварки тепловая энергия генерируется внутри свариваемых деталей за счет превращения механической энергии, подводи­ мой извне, в тепловую. Это может быть: механическая энергия трения или вибротрения свариваемых поверхностей, превращающаяся в тепловую, ко­ торая вследствие малой теплопроводности пластмасс локализуется в сва­ рочной зоне; механическая энергия упругих колебаний (ультразвуковая сварка).

При подводе электромагнитной энергии к свариваемым деталям тепло­ вая энергия также генерируется в них либо за счет способности звеньев макромолекул полимеров поляризоваться при наложении внешнего электри­ ческого поля (высокочастотная сварка), либо за счет поглощения энергии электромагнитных колебаний (сварка инфракрасным излучением, сварка лазером).

Из всех существующих видов сварки пластмасс невозможно выделить' единственный вид, который бы удовлетворял всем экономическим, техноло­ гическим и эксплуатационным требованиям. Вид применяемых источников сварочного нагрева, технологические принципы, положенные в основу про­ цесса сварки, степень механизации и автоматизации в немалой степени зави­ сят от той физической формы, в которой используются пластмассы как кон­ струкционные материалы. По этому признаку можно выделить: монолитные

ные кожи)

деталей машин, емкостей, труб, профилей, плит, фасонных деталей; пле­ ночные — условно двухмерные материалы, которые используются в каче­ стве упаковки, покрытий, подложек, изолирующих конструкций и т. п.; во­ локна — условно одномерные материалы, которые используются для полу­ чения нетканых полотен, бытовых и технических тканей. Комбинацией по­ следних двух физических форм являются волокнистые материалы, имеющие полимерное покрытие — искусственные кожи.

Области применения видов сварки в зависимости от физической формы полимера и вида изделий приведены в табл. 29.1.

Каждый из видов сварки пластмасс имеет свои преимущества и не­ достатки, и в зависимости от физико-механических свойств материала, вида и назначения изделия, серийности выпуска и т. д. предпочтение может быть отдано тому или иному из перечисленных видов сварки. Например, сварка нагретым газом и нагретым инструментом являются наиболее простыми и экономичными способами, характеризующимися достаточно высокими проч­ ностными характеристиками соединения. В последние годы эти виды сварки пблучили очень широкое распространение для сварки пластмассовых тру­ бопроводов. Однако значительная зона разогрева препятствует применению этих способов для консервации легковоспламеняющихся веществ, пищевых продуктов и лекарственных препаратов, портящихся при повышенных темпе­ ратурах. Вследствие загрязнения поверхностей свариваемых изделий зна­ чительно уменьшается прочность сварных соединений в этих случаях.

Высокочастотная сварка отличается высокой производительностью, но •она неприменима для некоторых типов пластмасс (полиэтилена, полипро­ пилена и т. д.). При сварке токами высокой частоты емкостей из поливи­ нилхлорида, наполненных жидкостями, может происходить электрический пробой, приводящий к разрушению изделия.

Сварку расплавом целесообразно применять для получения швов боль­ шой протяженности при соединении материалов достаточно большой тол­ щины и не всегда целесообразно для соединения пленочных материалов.

Ультразвуковая сварка может заменить механические методы соедине­ ния и склеивания целой группы полимеров, например полистирола, лавсана и капрона. Она широко применяется при изготовлении изделий пищевой и легкой промышленности, парфюмерии, радиоэлектроники и электротехники, товаров широкого потребления из пластмасс.

29.2. Сварка нагретым газом

Сварка нагретым газом основана на использовании его тепло­ вой энергии для разогрева свариваемых поверхностей и приса­ дочного материала до вязкотекучего состояния или плавления. Тепло подводится непосредственно к соединяемым поверхно­ стям последовательно от одного участка шва к другому. Сварка может осуществляться с применением присадочного материала

ибез него.

29.2.1.Сварка с присадкой

При сварке с присадочным материалом (рис. 29.1) поверхно­ сти деталей сначала нагревают струей разогретого газа, а за­ тем приводят в контакт с нагретым той же струей присадочным материалом. Присадочный материал в виде прутка вводится в сварочную зону легким нажатием руки. Если пластифициро­ ванный пруток не выдерживает осевого давления, то использу­

(фторлона-4), полиэтилена высокой и низкой плотности, поли­ пропилена, полиамидов, полистирола, винипласта и т. д. К та­ ким конструкциям относятся трубы, фасонные детали, различ­ ная химическая аппаратура, емкости, ванны для травления и т. д. Особенно широко сварка нагретым газом применяется при изготовлении сварных конструкций из винипласта.

29.2.2. Сварка без присадки

Сварка без присадочного материала осуществляется за счет размягчения и сдавливания кромок деталей, соединяемых вна­ хлестку (рис. 29.2). Этот способ применяется для соединения пленок из полиамида, полиэтилена низкой плотности и полиэтилентерефталата, а также для соединения жесткого и пласти­ фицированного поливинилхлорида толщиной до 5 мм.

Кромки листов перед сваркой «на ус» срезают под углом 20—25° При больших толщинах листы предварительно равно­ мерно подогревают на ширину 150—200 мм в каждую сторону до температуры 330—340 К. Нагреватель устанавливают в та­ ком положении, чтобы газовая струя попадала в зону контакта

29.3.2. Бесконтактная сварка

При бесконтактной сварке мундштук экструдера не контакти­ рует со свариваемыми поверхностями, а устанавливается на оп­ ределенном расстоянии от них. Это расстояние выбирается та­ ким образом, чтобы расплав, выдавливаемый из экструдера, не успел переохладиться. Из этих же соображений температура расплава на выходе из мундштука должна превышать темпера­ туру текучести или плавления на 40—50 К. Для плотного при­ жатия присадочного материала к свариваемым поверхностям применяются прижимные приспособления (ролики, ползуны

ит. п.).

29.3.3.Контактно-экструзионная сварка

При контактно-экструзионной сварке мундштук экструдера ка­ сается кромок соединяемых деталей. За счет этого уменьша­ ются потери теплоты в окружающую среду и осуществляется дополнительный подогрев кромок. Давление, развиваемое в экструдере, достаточно для создания необходимого контакта присадочного материала с соединяемыми кромками, поэтому дополнительных прижимных устройств не требуется. В некото­ рых случаях к мундштуку экструдера присоединяются нагре­ тый инструмент с рифлениями, обеспечивающими перемещение присадочного материала параллельно направлению сварки.

Экструдированной присадкой можно сваривать детали встык, внахлестку, а также выполнять угловые швы из таких материалов как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол. Состав присадочного материала аналогичен свари­ ваемому. Этот способ применяют для сварки изделий, имею­ щих швы большой протяженности — пленки (скорость сварки до 2,5 м/с), листы, профили, трубы и т. д.

Экструдированная сварка листовых материалов толщиной до 3 мм выполняется без разделки кромок только контактным методом, так как в этом случае разделка осуществляется при движении мундштука в процессе сварки. При больших толщи­ нах следует применять V-образную или Х-образную разделки кромок.

29.3.4. Оборудование

Для сварки экструдируемой присадкой наиболее широкое при­ менение получили полуавтоматы ПСП-5, ПСП-5м, ПСП-6 и РЭСУ-500 с прямоточными пистолетами и ПСП-ЗЭ, ПСП-4 со шнековыми пистолетами. На базе полуавтомата ПСП-5 создан специализированный карусельный стенд УСА-1.