книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование
.pdfжень и вставлена в кварцевую трубку толщиной 2 мм, которая нагревается до 1273—1473 К.
В газонаполненных кварцевых лампах источником излучения является вольфрамовая спираль. Температура нагрева нити та ких ламп 2373 К.
Чаще используются силитовые излучатели. Силит — это ке рамический материал на основе карбида кремния и глины. Он обладает повышенным электросопротивлением в сочетании с термостойкостью. Силитовые стержни располагаются на рас стоянии до 10 мм от свариваемых изделий. Рабочие темпера
туры у них |
1573 К, диаметр 6 мм, длина 60 мм, U= 24 В, мощ |
ность 260 |
Вт. Наибольший диаметр нагревателей достигает |
25 мм, мощность 7,5 кВт. |
|
Для непрерывной сварки термопластичных пленок толщиной до 2 мм ИК-излучением разработаны и выпускаются универ сальные сварочные машины МСП-5М и СПК-М со сменными рабочими головками. Для непрерывной стыковой сварки лино леума из ПВХ применяются сварочные устройства типа «Пи- лад-220». Для автоматической сварки пластиковых труб с на ружным диаметром до 140 мм применяется установка УСПТ-ИК-1С, до 320 мм — УСПТ-ИК-2С.
29.9. Сварка лучом лазера
При сварке термопласта лучом лазера нагрев соединяемых по верхностей достигается в результате превращения лучевой энер гии лазера в тепловую в месте фокусировки луча (рис. 29.11). Особенность лазерного излучения состоит в его способности соз давать в фокусе мощность значительной плотности. Для этого
когерентный луч |
при |
помощи |
|
|
|
|||||
специальных |
линз |
собирается |
|
|
|
|||||
в узкий пучок, достигающий де |
|
|
|
|||||||
сятых |
долей |
миллиметра. |
Не |
|
|
|
||||
прерывно действующий С02-ла- |
|
|
|
|||||||
зер мощностью |
1 кВт позволяет |
|
|
|
||||||
в фокальном |
пятне |
диаметром |
|
|
|
|||||
0,1 мм получить плотность теп |
|
|
|
|||||||
ловой |
мощности |
ЗХЮ |
Вт/мм2. |
|
|
|
||||
Лазерная |
сварка |
|
эффективна |
|
|
|
||||
при сварке тонких пленок из |
|
|
|
|||||||
ПЭВД — 6= 504-150 |
мкм. |
Ско |
|
|
|
|||||
рость сварки 3,3—4 м/с. |
|
|
|
|
|
|||||
Для сварки пленок из поли |
Рис. 29.11. Схема сварки плевки лу |
|||||||||
олефинов |
оптимальным |
счита |
чом лазера: |
03 — откло |
||||||
ется |
С02-лазер. |
Полиэтилено |
ЛАЗ — лазер; Л — луч; |
|||||||
няющее |
зеркало; ФЛ — фокусирующая |
|||||||||
вая пленка толщиной 200 мкм |
линза; |
ПР — прижимной |
ролик; ТР — |
|||||||
транспортирующий ролик; СП — сва |
||||||||||
поглощает |
22 % энергии |
излуче |
риваемые пленки |
|
||||||
ния С02-лазера и около 4 % отражает от своей поверхности. Пленки из ПВХ плохо свариваются лазером вследствие их склонности к деструкции в процессе концентрированного на грева, С02-лазер широко применяют для резки термопластов, а также раскроя синтетических тканей, трикотажа, искусствен ных кож и т. д. При этом средняя скорость раскроя составляет 1 м/с и зависит от количества слоев материала, его свойств и мощности луча. В этом случае используются лазерные уста новки мощностью до 250 Вт с расходом газовой смеси гелия, диоксида углерода и азота от 30 до 40 л/ч.
29.10. С варка световым лучом
Принципиально сварка световым, лучом не отличается от сварки ИК-излучением. Для осуществления этого метода используется излучение с диапазоном длин волн 0,5—0,7 мкм.
В СНГ сварка световым лучом не получила широкого рас пространения,
Сварка пленок может производиться как прямым, так и косвенным нагревом. При сварке прямым нагревом скорость сварки полиэтиленовых пленок может достигать 0,5 м/с, а по ливинилхлоридных с черным пигментом— 1,6 м/с. Такая вы сокая производительность обусловлена большой концентрацией энергии — до 4 Вт/мм3.
Сварка листов осуществляется с применением пруткового присадочного материала. Используются два нагревателя, стержневой излучатель —для предварительного нагрева кромок и точечный излучатель —для нагрева прутка и кромок. Пруток дополнительно нагревается в подогревателе. Прижим размяг ченного присадочного материала производится роликом. Для получения непрерывных швов сварочное устройство перемеща ется с помощью транспортирующих роликов.
29.11. Комбинированные способы сварки полимеров
Ряд полимеров (полиамиды, фторопласты, поликарбонат и др.) из-за особенностей теплофизических свойств обладают ценными эксплуатацион ными свойствами, которые позволяют использовать их в ответственных сварных конструкциях. Однако эти полимеры обладают плохой или ограни ченной свариваемостью. Для расширения технологических возможностей сварки и повышения качества сварных соединений на этих полимерах целе сообразно использовать комбинированные способы сварки.
Сущность комбинированных способов сварки полимеров заключается в том, что на различных стадиях процесса на материал шва воздействуют различными источниками энергии. При этом один из источников энергии служит для активации материала на стыкуемых поверхностях, например придания вязко-текучего состояния. А второй источник энергии способст вует протеканию процессов образования соединения за счет ускорения диф фузионных, химических, макро- и микрореологических процессов на гра нице раздела свариваемых поверхностей.
Классификация способов
Классификация базируется на общей классификации сварки полимерных материалов, широко освещенной в специальной литературе [2—4]. В основу классификации комбинированных способов сварки положены источники
Рис. 29.12. Схема классификации комбинированных способов сварки
с9 |
Per |
[Рог |
Нагретый |
|
|
* |
газ |
|
\Чин<=0 L |
\ * и н * 0 |
m 5 ^
а — с |
присадочным материалом; б — термо-ультоазвукпяяа о |
„ |
|
колебаний; в — ИК-ультраэвуховая; г — фрикционио |
нормальным вводом УЗ- |
||
вводом |
УЗ-колебаний; У- |
стадия- п р е д в а р ^ З г о У НагпеЛУ- |
??" С танге"«иальны“ |
ствия; |
/-УЗ-ииструмент; |
, - „рисаРдочныРй "руто?; |
|
36—1063 |
|
set |
|
|
|
|
|
энергии, |
используемые |
при |
сварке. |
|||
Схема |
комбинирования |
по |
видам |
|||
энергий приведена на рис. 29.12, |
||||||
примеры |
способов |
показаны |
на |
|||
рис. 29.13. |
В зависимости |
от |
соче |
|||
|
|
|
тания видов энергий различают: |
|
||||
|
|
|
1) |
термомеханическую сварку — |
||||
|
|
|
использование |
термической актива |
||||
|
|
|
ции |
свариваемых |
поверхностей |
|||
|
|
|
с последующим |
механическим |
воз |
|||
Рис. 29.14. Схема циклограммы последо |
действием на материал шва (термо |
|||||||
прессовая; термоультразвуковая; ИК- |
||||||||
вательно-параллельного воздействия энер |
ультразвуковая); |
|
|
|
||||
гий при фрикционной |
УЗ |
сварке: |
2) |
сварку |
с |
растворителями — |
||
п — обороты двигателя; |
Яст — усилие |
|||||||
сжатия; fc — амплитуда |
УЗ-колебаний |
использование |
|
растворителей |
для |
|||
|
|
|
перевода полимера |
в высокоэласти |
||||
работкой соединения |
ультразвуковыми |
ческое состояние с последующей об |
||||||
колебаниями; |
|
|
|
|
||||
3)термохимическую — использование химически активных материалов,
потенциально способных обрабатывать химические соединения полимеров с активацией процесса образования химических связей за счет выделения тепловой энергии при обработке ТВЧ или УЗ колебаниями.
В зависимости от последовательности, воздействия различных видов энергии способы подразделяются на последовательное, когда воздействуют сначала одним видом энергии, а затем другим; параллельное, когда одновре менно воздействуют оба вида энергии, и последовательно-параллельное. Пример последовательно-параллельного воздействия приведен на рис. 29.14 для фрикционно-ультразвуковой сварки полимеров.
Термоультразвуковая сварка с присадочным материалом
Сущность способа заключается в последующей ультразвуко вой обработке сварного шва при прутковой сварке нагретым
газом. При этом воздействие УЗ колебаниями на шов способ ствует повышению качества сварного соединения за счет дега зации материала шва (удаляет поры, пустоты), дополнитель ного разогрева и перемешивания расплава на границе между присадочным прутком и основным материалом. Целесообразно использовать при соединении листового винипласта в ответ ственных сварных конструкциях.
Основные режимы сварки: температура и расход газа; уси лие осадки прутка; амплитуда УЗ колебаний; статическое уси лие воздействия УЗ инструмента.
Термоультразвуковая сварка имеет несколько разновидно стей в зависимости от источника нагрева (см. рис. 29.13,6, в).
Сущность способов заключается в предварительном нагреве соединяемых поверхностей до температуры вязко-текучего со стояния. При этом в стыке создается мягкая прослойка мате риала с повышенным декрементом затухания УЗ колебаний. При последующем пропускании УЗ колебаний в прослойке про исходит интенсивное поглощение УЗ энергии, разогрев и плав
ление полимера. Механическое воздействие УЗ колебаний вызы вает макро- и микрореологические процессы, способствующие перемешиванию расплава в стыке. Целесообразно использовать для соединения фторопласта-4, полиамидов, поликарбоната.
Основные режимы сварки: температура предварительного
нагрева |
поверхностей; статическое |
усилие |
сжатия; амплитуда |
и время УЗ воздействия. |
сварке |
(см. рис. 29, г) ис |
|
При |
фрикционно-ультразвуковой |
||
пользуется сочетание механической энергии трения и УЗ коле баний.
Сущность способа заключается в предварительном разогреве материала стыкуемых поверхностей за счет энергии, выделив шейся при вибрации или трении вращения до температуры вязко-текучего состояния. При последующем пропускании УЗ колебаний происходит плавление, дезориентация течения рас плава в стыке, перемешивание материала стыкуемых поверх ностей. Целесообразно использовать для соединения, полиами дов, поликарбоната.
Основйые режимы сварки: скорость поверхностного скольже ния; статическое усилие сжатия при трении и УЗ обработке;
амплитуда и время УЗ обработки.
|
|
энергии, используемые |
при |
сварке. |
||||||
|
|
Схема |
комбинирования |
по |
видам |
|||||
|
|
энергий приведена на рис. 29.12, |
||||||||
|
|
примеры |
способов |
показаны |
на |
|||||
|
|
рис. 29.13. |
В |
зависимости |
от |
соче |
||||
|
|
тания видов энергий различают: |
|
|||||||
|
|
1) термомеханическую сварку — |
||||||||
|
|
использование |
термической |
актива |
||||||
|
|
ции |
свариваемых |
поверхностей |
||||||
|
|
с последующим |
механическим |
воз |
||||||
Рис. 29.14. Схема циклограммы последо |
действием на материал шва (термо |
|||||||||
прессовая; термоультразвуковая; ИК- |
||||||||||
вательно-параллельного воздействия энер |
ультразвуковая); |
|
|
|
|
|
||||
гий при фрикционной УЗ сварке: |
растворителями — |
|||||||||
п —- обороты двигателя; |
Р с г — усилие |
2) |
сварку |
с |
||||||
использование |
|
растворителей |
для |
|||||||
сжатия; fc — амплитуда УЗ-колебаний |
|
|||||||||
|
|
перевода |
полимера в |
высокоэласти |
||||||
работкой соединения |
ультразвуковыми |
ческое состояние с последующей об |
||||||||
колебаниями; |
|
|
|
|
|
|
||||
3)термохимическую — использование химически активных материалов,
потенциально способных обрабатывать химические соединения полимеров с активацией процесса образования химических связей за счет выделения тепловой энергии при обработке ТВЧ или УЗ колебаниями.
В зависимости от последовательности, воздействия различных видов энергии способы подразделяются на последовательное, когда воздействуют сначала одним видом энергии, а затем другим; параллельное, когда одновре менно воздействуют оба вида энергии, и последовательно-параллельное. Пример последовательно-параллельного воздействия приведен на рис. 29.14 для фрикционно-ультразвуковой сварки полимеров.
Термоультразвуковая сварка с присадочным материалом
Сущность способа заключается в последующей ультразвуко вой обработке сварного шва при прутковой сварке нагретым газом. При этом воздействие УЗ колебаниями на шов способ ствует повышению качества сварного соединения за счет дега зации материала шва (удаляет поры, пустоты), дополнитель ного разогрева и перемешивания расплава на границе между присадочным прутком и основным материалом. Целесообразно использовать при соединении листового винипласта в ответ ственных сварных конструкциях.
Основные режимы сварки: температура и расход газа; уси лие осадки прутка; амплитуда УЗ колебаний; статическое уси лие воздействия УЗ инструмента.
Термоультразвуковая сварка имеет несколько разновидно стей в зависимости от источника нагрева (см. рис. 29.13,6, в).
Сущность способов заключается в предварительном нагреве соединяемых поверхностей до температуры вязко-текучего со стояния. При этом в стыке создается мягкая прослойка мате риала с повышенным декрементом затухания УЗ колебаний. При последующем пропускании УЗ колебаний в прослойке про исходит интенсивное поглощение УЗ энергии, разогрев и плав
ление полимера. Механическое воздействие УЗ колебаний вызы вает макро- и микрореологические процессы, способствующие перемешиванию расплава в стыке. Целесообразно использовать для соединения фторопласта-4, полиамидов, поликарбоната.
Основные режимы сварки: температура предварительного
нагрева |
поверхностей; статическое |
усилие |
сжатия; амплитуда |
и время УЗ воздействия. |
сварке |
(см. рис. 29, г) ис |
|
При |
фрикционно-ультразвуковой |
||
пользуется сочетание механической энергии трения и УЗ коле баний.
Сущность способа заключается в предварительном разогреве материала стыкуемых поверхностей за счет энергии, выделив шейся при вибрации или трении вращения до температуры вязко-текучего состояния. При последующем пропускании УЗ колебаний происходит плавление, дезориентация течения рас плава в стыке, перемешивание материала стыкуемых поверх ностей. Целесообразно использовать для соединения, полиами дов, поликарбоната.
Основные режимы сварки: скорость поверхностного скольже ния; статическое усилие сжатия при трении и УЗ обработке; амплитуда и время УЗ обработки.
9. Каховский Н. И., Готальский Ю. |
Н., Трущенко А. |
А. Автоматическая |
и полуавтоматическая сварка.— М.: |
Профтехиздат. |
1961.— 423 с. |
10.Ивочкин И. И., Мыльшев Б. Д. Сварка под флюсом с дополнительной присадкой.— М.: Стройиздат. 1981.— 175 с.
Г л а в а 5 |
|
|
|
1. Башенко |
В. В. Электронно-лучевые установки.— Л.: |
Машиностроение, |
|
2. |
1972.— 168 с. |
|
|
Оборудование для электронно-лучевой сварки/А. И. Чвертко, О. К. На- |
|||
3. |
заренко, |
А. И. Некрасов и др.— Киев: Наукова думка, |
1973.— 408 с. |
Электронно-лучевая сварка/О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н, Ков- |
|||
|
басенко |
и др./Под ред. Б. Е. Патона.— Киев: Наукова думка, 1987.— |
|
256с.
4.Шиллер 3 ., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология/Пер.
с нем.— М.: Энергия, 1980.— 528 с.
5.Рыкалин Н. Н., Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-лучевой
обработки |
материалов.— М.: Машиностроение, |
1978.— 239 |
с. |
6. Лазерная |
и электронно-лучевая обработка |
материалов. |
Справочник/ |
Н. И. Рыкалин, А. А. Углов, И. В. оуев, А. Н. Кокора.— М.: Машино строение, 1985.— 496 с.
7.Зуев И. В., Селищев С. В., Скобелкин В. И. Автоколебания при воздей ствии концентрированных источников энергии на вещество//Физика и химия обработки материалов. 1980. № 6. С. 3—7.
8.Рыкалин Н. Н., Углов А. А., Зуев И. В., Селищев С. В. и др. Автоко лебательные процессы при тепловом воздействии концентрированного потока энергии на металлы//ЖЭТФ. Т. 85. 1983. № 12. С. 1953—1961.
9.Углов А. А., Селищев С. В. Автоколебательные процессы при воздействии
10. |
концентрированных потоков энергии.— М.: Наука, |
1987.— 150 с. |
|
Акопьянц К. С., Емченко-Рыбко А. В.' Контроль |
глубины |
проплавления |
|
|
и фокусировки электронного пучка по частоте пульсации ионного тока |
||
11. |
при сварке//Автоматическая сварка. 1981. № 9. С. 28—32. |
' |
|
Зуев И. В., Буруис Дж. Тепловая эффективность процесса электронно |
|||
|
лучевой сварки//Сб. научн. трудов, № 137.— М.: Изд. МЭИ. |
1987. С. 5— |
|
8.
12. Псарев Ю. И., Каплан А. А., Герасименко А. В. и др. Исследование тех нологических возможностей энергоблока У905М//Материалы VIII Все союзной конференции по электронно-лучевой сварке.— М.: Изд. МЭИ. 1983. С. 181—186.
13.Башенко В. В. Электронно-лучевые установки. Л.: Машиностроение, 1972.— 168 с.
14.Рыкалин Н. Н., Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-лучевой
обработки материалов. |
М.: Машиностроение, 1978.— 239 с. |
15. Шиллер 3., Гайзиг У., |
Панцер 3. Электронно-лучевая технология. Пер. |
с нем. М.: Энергия, 1980.— 528 с.
16.Оборудование для электронно-лучевой сварки/А. И. Чвертко, О. К. На
заренко, А. М. Святский и др.— Киев: Наукова думка, 1973.— 408 с.
Г л а в а 6
1.Лазерная техника и технология. В 7-и кн. Кн. 5. Лазерная сварка ме таллов: Учебное пособие для вузов/А. Г. Григорьянц, И. Н. шиганов/
Под ред. |
А. Г. Григорьянца.— М.: Высшая школа, 1988.— 207 с. |
основы |
||
2. Лазерная |
техника и технология — В |
7-и кн. Кн. 2. |
Инженерные |
|
создания технологических лазеров: Учебное пособие |
для вузов/В. С. Го- |
|||
лубев, Ф. В. Лебедев/Под ред. А. Г |
Григорьянца.— М.: Высшая |
школа, |
||
1988.— 176 с. |
|
|
|
|
3. Лазерная и электронно-лучевая |
обработка материалов/Я. Я. рыкалин, |
|
А. А. Углов, И. В. Зуев, А. Н. |
Кокора — М.: Машиностроение. 1985.— |
|
496 |
с. |
|
Г л а в |
а 8 |
|
1.Электрошлаковая сварка и наплавка/Под ред..Б. Е. Патока, М.: Маши ностроение, 1980.— 511 с.
2.Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для дуговой и шлако
вой сварки. М.: Машиностроение. 1966. 359 с.
3. Электрошлаковая сварка/Под. ред. Б. Е. Патона. М.: Машгиз, 1959, 279 с.
4.Меликов В. В. Многоэлектродная наплавка. М.: Машиностроение, 1988. 144 с.
5.Волошкевич Г. 3., Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И., Хрундже В. М.
Некоторые пути совершенствования электрошлаковой сварки/Автоматическая сварка. 1972. № 12. С. 5—9.
6.Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И., Семенов В. М. Основные и сва рочные материалы для электрошлаковой сварки. Киев.: Наукова думка, 1981. 181 с.
7.Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И. Техника выполнения электрошла ковой сварки. Киев: Наукова думка, 1974. 95 с.
8.Ивочкин И. И., Соседов А. Ф. Об эффективности применения порошкооб разного присадочного металла при электрошлаковой сварке//Сварочное производство. 1969. № 11. С. 12—14.
Г л а в а 9
1. Антонов И. А. Газопламенная обработка металлов.— М.: Машинострое ние, 1976.— 264 с.
2.Глизманенко Д . Л., Евсеев Г. Б. Газовая сварка и резка металлов. М.: Машгиз. 1954. 532 с.
Г л а в а 10
1.Диффузионная сварка материалов: Справочник/Под ред. Я. Ф. Каза кова.— М.: Машиностроение, 1981.— 271 с.
2.Сварка в СССР. Т. 1: Справочник.— М.: Наука, 1981.— 534 с.
3.Сварочное производство в СССР в 1980 г. (статистическая сводка)//Авто матическая сварка. 1981. № 11. С. 78.
4.Каракозов Э. С., Терновский А. П. Сварка давлением. Диффузионная
сварка. |
В кн.: Итоги науки и техники. Сварка, т. 16.— М.: ВИНИТИ, |
1984. С. |
47—146. |
5.Терновский А. П. Диффузионная сварка по схеме принудительного де формирования (аналитический обзор)//Сварочное производство. 1988. №9. С. 1—4.
6.Зверев А. Д., Курович А. Я., Лумер Я. Л. и др. Газостаты конструкции
|
ВНИИметмаша — Коломенского СПО//Кузнечно-штамповочное производ |
||
7. |
ство. 1983. № 5. С. 6—9. |
||
Конюшков Г. В., Копылов Ю. Я. Диффузионная сварка в электронике.— |
|||
8. |
М.: Энергия, |
1974.— 168 с. |
|
Бачин |
В. А. |
Диффузионная сварка стекла и керамики с металлами.— |
|
|
М.: Машиностроение, 1986.— 184 с. |
||
Г л а в а |
11 |
|
|
1.Красулин Ю. Л., Назаров Г. В. Микросварка давлением — М.: Металлур гия, 1976.— 160 с.
2.Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т./Под ред. Я. А. Ольшан ского.— М.: Машиностроение, 1978. Т. 1,— 504 с.