Способы сварки полимеров и пластмасс

Сварка полимеров и пластмасс заключается в нагреве свариваемых кромок до пластического вязкотекучего состояния и соединения их под не­которым давлением. Применяются следующие способы сварки:

Сварка нагретым газом

Рис.1

1.  Сварка нагретым газом (рис. 1). Свариваемые кромки детали 4 и при­садочный материал нагревают до температуры сварки струей горячего воздуха или газа. Для нагрева воздуха (газа) используют электронагреватели или газовые горелки 1. Присадочный пруток 2 вдавливают в разделку шва 5; нагретые слои материала слипаются и приса­дочный пруток образует сварной шов 3. При сварке толстого материала в разделку шва последовательно укладывают несколько нагретых присадоч­ных прутков, как показано на рис. 2.

Сварка толстого полимера

Рис.2

Сварку без скоса кромок при­меняют для соединения листов тол­щиной менее 4 мм. При большей толщине применяют V- и Х-образные разделки шва под углом 60°. При этом Х-образные швы более прочны. В процессе сварки по мере размяг­чения поверхностей свариваемых кромок и присадочного прутка необходимо непрерывно вжимать пруток в основание разделки под небольшим, но постоянным давлением. Для полу­чения полного провара необходимо у корня шва оставить зазор 0,4…0,5 мм. При сварке мягких термопластов (полиэтилен и др.) присадочный пруток вводят под тупым углом, чтобы обес­печить достаточное давление на сва­риваемые кромки. При сварке жестких термопластов (винипласт, органиче­ское стекло и др.) пруток вводят в раз­делку шва почти под углом 90° к шву.

Полиэтилен и полистирол при свар­ке нагревают горячим газом или воздухом до температуры не выше 160…180°. Органическое стекло рекомендуют сваривать струей возду­ха, нагретого до 200…220°С. Присадочным материалом служат прутки се­чением 7… 12 мм2. Допускается ис­пользование сварочных прутков из винипласта диаметром 3,0…5,0 мм. Винипласт сваривают в размягчен­ном (вязкотекучем) состоянии при температуре 220…240°С. Присадоч­ным материалом служат сварочные прутки диаметром до 5 мм из пластифицированного винипласта. Процесс сварки осуществляется путем размягчения прутков и сцепления их с основным материалом.

Для сварки материалов толщиной 2…25 мм этим способом применяют го­релки ГГП-1-66. Теплоносителем является воздух в смеси с продуктами сгорания пропан-бутановой смеси. Масса горелки — 0,6 кг. Горелка ГЭП- 1А-67 работает с электроподогревом теплоносителя — газа (воздуха, азота и др.). Для этого на пути движения га­за в корпусе горелки установлена элек­троспираль. Масса горелки — 0,68 кг. Простота оборудования и технологии позволяет применять этот способ для сварки деталей любых размеров и конфигурации.

Следует учесть, что полимеры и пластмассы имеют высокий коэф­фициент температурного расширения (в 4…6 раз больше металлов). Это вызывает опасность возникнове­ния больших внутренних напряжений в сварном шве, ослабляющих сва­рное соединение и вызывающих ко­робление свариваемых деталей. Для получения хорошего сварного шва рекомендуется применять струю нагретого газа небольшого сечения (диаметр струи 3…5 мм), а также различные фиксирующие приспособле­ния.

2. Сварка контактным нагревом. При этом способе свариваемые поверх­ности нагревают с помощью электро­нагревателя; доводят их до вязкотеку­чего состояния; затем нагревательный элемент удаляют, а свариваемые по­верхности соединяют сдавливанием. Пленки соединяют внахлестку, при этом электронагревателем может служить электроутюг или специальное устройство с роликом или валиком. Этим способом сваривают пленки толщиной не более 2 мм, так как низкая теплопроводность затрудняет нагрев пластмасс до нужной тем­пературы.

Этот способ сварки годен как для мягких, так и для жестких по­лимеров и пластмасс. Однако он тре­бует больших затрат времени на нагрев, регулировку температуры и охлаждение шва (под давлением) после сварки.

3. Сварка токами высокой частоты. Свариваемые детали нагревают в вы­сокочастотном электрическом поле. После разогрева кромок до пластиче­ского состояния их сдавливают для получения прочного соединения. Этот способ очень экономичен и ши­роко распространен в промышлен­ности. Наибольшее применение по­лучила сварка высокочастотным то­ком изделий из поливинилхлорид­ных пластмасс. Например, для свар­ки винипласта применяют токи час­тотой 60…75 МГц. Толщина свариваемого материала 0,5…2 мм; при меньшей толщине непроизводительно расходуется теплота прижимаю­щих электродов. Производительность сварки в 5… 10 раз выше рассмот­ренных ранее способов.

Для шовной сварки пленок и лент применяют сварочные машины ЛГС-02, МСТ-ЗМ и др. Сварива­емый материал прокатывают между двумя вращающимися роликами-элек­тродами, к которым подключен высокочастотный ток. Сварка обеспечи­вает получение непрерывного, прочно­го и герметичного шва.

Нахлесточные соединения можно сваривать без скоса и со скосом кромок под углом 45°. Ширина шва 2…4 мм. Скорость сварки достигает 3 м/мин.

4. Сварка трением. Свариваемые кромки деталей нагревают до пласти­ческого состояния теплотой, выделяющейся при трении поверхностей этих кромок друг о друга. Для сварки одну часть детали закрепляют в патроне токарного или сверлильного станка и после вращения прижимают ко второй части детали, закрепленной неподвижно в специальном приспо­соблении. Поскольку термопласты имеют плохую теплопроводность, трущиеся поверхности быстро нагре­ваются. Давление сжатия в зави­симости от материала составляет 0,2…1 МПа.

Сварка полимеров трением

Рис.3

Такой способ сварки не требует подготовки поверхности, так как плен­ка и грязь вытесняются при сварке. Преимуществом этого способа являет­ся быстрота сварки. В зоне трения тем­пература быстро повышается, обеспе­чивая моментальную сварку, в то время как температура материала около зоны сварки почти не изменяется. Однако этим способом мож­но сваривать только детали типа тел вращения. Кроме того, необходимость обеспечения давления для сварки делает этот способ применимым лишь для жестких термопластов. На рис. 3 показаны примеры сварных сое­динений из сплошного (а) и полого (б) материалов.

5. Сварка ультразвуком. Ультразвукорая сварка является наиболее универсальным и перспективным способом сварки полимеров и пласт­масс благодаря своим широким технологическим возможностям. Локальное выделение теплоты в зоне сварки и нагрев до температуры, близкой к температуре плавления, исключают перегрев материала, наблюдаемый при других способах. Конструкция рабоче­го инструмента (волновода) допускает сварку в труднодоступных местах, а также позволяет получать точечные, прямолинейные и замкнутые швы различного контура (в зависимости от конфигурации рабочей части волново­да). Сварка производится на частотах 17…45 кГц. Электрические колебания, вырабатываемые генератором с по­мощью преобразователя (магнитострикционного или пьезоэлектрическо­го), преобразуются в механические колебания рабочего инструмента (вол­новода). Возникающие в материале высокочастотные механические коле­бания преобразуются в теплоту, идущую на нагрев и сварку мате­риала.

В промышленности применяют установку для полуавтоматической сварки УПШ-12 (с генератором ГУФ-28/40 мощностью 40 Вт, предназначенную для сварки синтетических тканей толщиной 0…1 мм), аппаратуры типа УЗАП и др. Для ручной сварки получили распространение аппараты РУСУ-28 и РУСУ-50

Поделись статьёй с друзьями! Пусть и другие узнают о нас!

2 комментариев

  1. Анатолий:

    При помощи УЗ сварки отлично cоединяются cтирол, полипропилен, поликарбонат, поливинилхлoрид, а также искусcтвенные кожи, натуральные ткани с cинтетическими волокнами и многие другие полимерные материалы и их кoмбинации.

  2. Федор:

    В случае сварки линейных или разветвленных полимеров (термопластов и термоэластопластов) переходный слой образуется в результате диффузии макромолекул полимера, которая возможна при переходе полимера в вязко текучее состояние. Последнее реализуется при нагревании свариваемых материалов или при действии на них растворителя. В соответствии с этим различают диффузионную тепловую сварку и диффузионную сварку с помощью растворителя

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *