Документ Microsoft Office Word
.docxТехнология и виды сварки проплавлением.
Контактно-тепловую сварку проплавлением, как правило, применяют при изготовлении пленочных изделий из армированных и неармированных пленок толщиной до 2,5 мм. Пленки толщиной менее 1 мм сваривают нагретыми роликами, непрерывно-ленточными машинами и др.
Основное соединение армированных и неармированных пленок - нахлесточное. Важным параметром геометрии таких соединений армированных пленок является величина нахлестки, при изменении которой прочность сварного шва изменяется в довольно широких пределах.Типы сварных соединений при этом способе сварки регламентируются ОСТ 1.4117-87.
При сварке неармированных пленок применяются два основных типа соединений: нахлесточное и Т-образное. Для армированных пленок тип соединения зависит от типа армировки и покрытия.
Основными технологическими параметрами сварки по этому методу являются:
температура нагревателя Тн;
давление при нагреве Рн;
рабочее давление во время сварки Рр;
продолжительность нагрева и время выдержки под давлением после сварки.
При сварке пленки в месте нахлеста могут прогреваться либо с одной, либо с двух сторон, но в любом случае течение материала в зоне контакта будет происходить только тогда, когда в этой зоне Т > Тт.
При контактно-тепловой сварке проплавлением последовательность включения электротока и давления может быть различна. Охлаждение соединений должно происходить под рабочим давлением до температуры стеклования Тс для аморфных полимеров и до температуры перехода в кристаллическое состояние для кристаллических полимеров.
Для сокращения времени нагрева инструмента сварку пленок начинают при температуре инструмента, равной 50...60 °С.
При сварке тонких пленок (менее 0,5 мм) нагреватель (тонкая стальная лента или проволока) доводится до нужной температуры мгновенно в результате пропускания импульса тока. Пленка в этот момент сжата под рабочим давлением. Охлаждение при такой термоимпульсной сварке происходит, в основном, за счет отвода теплоты в массу сварочного инструмента.
Контактно-тепловая сварка проплавлением осуществляется следующими способами:
1. Сварка «утюгом». Сварочный инструмент с электронагревателем, передвигаясь по собранным внахлестку деталям (пленкам) нагревает их до температуры сварки и своим весом сжимает свариваемые кромки. Пленки при сварке накладываются на так называемый конфекционный стол.
2. Сварка пленок нагретой лентой. Лента с электронагревателем перемещается роликами и одновременно прижимается ими усилием Р к собранным внахлестку пленкам, которые уложены на конфекционный стол. Движение пленки под роликами может осуществляться либо в результате перемещения сварочного устройства, либо при движении конфекционного стола.
3. Сварка горячим прессованием. Сварка осуществляется путем нагрева наружной поверхности изделия инструментом-нагревателем, который одновременно спрессовывает соединяемые детали. Сварку производят с односторонним или двусторонним нагревом изделия.
Деформирование материала инструментом уменьшают, прикладывая давление не только в месте сварки, но и в близлежащей зоне. Для этого ширину инструмента увеличивают и снабжают его специальными охладительными элементами или изоляционными пластинами, предотвращая нагрев боковых зон шва.
Чтобы исключить прилипание свариваемого материала к нагревателю, сварку осуществляют через разделительные прокладки из фторпласта-4, армированного стеклянной тканью полиэтилентетрофтолата, целлофана, кремнийорганической резины. Для предотвращения приклеивания термопласта к металлу можно также наносить на рабочие поверхности нагревателя слой силиконовой жидкости. Однако этот слой приходится часто возобновлять, так как после каждой операции небольшое количество смазки переходит на изделие.
Сварка пластмасс инфракрасным излучением
Этот способ сварки основан на способности пластмасс поглощать лучистую (фотонную) энергию и за этот счет нагреваться. В результате поверхностные участки пластмасс переходят в вязкотекучее состояние и с приложением давления свариваются. Различают следующие виды сварки пластмасс излучением:
инфракрасным (ИК) излучением;
светом видимого диапазона (СВД);
лазером (оптическим квантовым генератором);
Особенностью сварки излучением является отсутствие непосредственного контакта нагревательного инструмента излучателя с нагреваемыми поверхностями, что исключает прилипание расплава к нагревателю. Процесс нагрева легко регулируется за счет изменения мощности лучистого потока и расстояния до облучаемой детали.
Интенсивно поглощается термопластами излучение инфракрасного светового спектра. Это невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны в пределах от 0,74 мкм до 2,0 мм. Инфракрасное излучение с длиной волны менее 2,5 мкм полимерными материалами пропускается, а излучение большей длины волны поглощается даже чистыми полимерами, например, полиметакрилат при толщине листа 3 мм пропускает 90% излучения с длиной волны 0,7..1,1 мкм и лишь 30% с длиной 3 мкм.
Инфракрасные лучи обладают всеми свойствами видимого спектра: они также отражаются, преломляются и поглощаются. Способность пластмасс поглощать излучение возрастает от наличия в них добавок: красителей, пластификаторов, наполнителей и т.д.
Поглощение происходит не только нагреваемой поверхностью, но и внутренними слоями, что определяет глубину прогрева. У большей части термопластов максимум поглощающей способности относится к длинам волн свыше 2,5...3,0 мкм. Наибольшей поглощающей способностью обладает пенопласт, наименьшей - фторолон.
Для сварки используют излучатели, в которых элементы накаливания имеют температуру 1000....200 °С. Для излучателей используют силитовые стержни и нагреватели из хромистой стали, например из стали 1Х25Н20Т. Используются также кварцевые лампы стержневого типа.
Основными технологическими параметрами сварки ИК излучением и светом видимого диапазона являются:
мощность излучателя;
температура нагревателя;
время нагрева;
усилие и скорость осадки после нагрева;
Конструкция сварных соединений и схема сварки взаимосвязаны. Основным типом соединения пленок является нахлесточное, реже рантовое (Т-образное). Нахлест для ИК сварки не более 10 мм. Листы, трубы и другие изделия сваривают встык. Непременное условие такого соединения - равенство сечений соединяемых деталей.
Для сварки пленок СВД существует наиболее удобная схема. При сварке по этой схеме часть энергии излучения поглощается подложкой, которая становится дополнительным нагревателем. Изготовляется подложка из микропористой резины. При этой схеме нагрева толщина пленок ограничена. Так например, если использовать в качестве нагревателя селитовый стержень с температурой 1200 °С и расстоянием до детали 12 мм, толщина пленок из ПЭВД не более 2 мм.
При сварке встык световым излучением листов используют схему прямого или косвенного облучения.
Сварка лучом лазера. При сварке пластмасс лучом лазера нагрев соединяемых поверхностей достигается в результате превращения лучевой энергии лазера в тепловую в месте фокусировки луча. Особенность лазерного излучения состоит в его способности создавать в фокусе мощность значительной плотности. Диаметр пятна - доли миллиметра. СО2 - лазер мощностью 1 кВт позволяет в фокальном пятне диаметром 0,1 мм получить плотность тепловой мощности 3 МВт/см2, а отсюда производительность способа очень высока: скорость сварки пленок 3,3...4,0 м/с.
Скорость сварки пленок лучом лазера определяется необходимостью повышения температуры до плавления с учетом теплофизических характеристик (плотности и удельной теплоемкости) и геометрических параметров (ширины шва и суммарной толщины свариваемых пленок), а также поглощаемой пленками лучистой энергией. Повышение мощности лазерного луча позволяет увеличить скорость сварки.
Этот способ сварки, в основном, применяют для соединения пленок толщиной от 50 до 250 мкм, собранных внахлестку.
Основными параметрами режима сварки являются:
мощность лазера;
плотность тепловой мощности в фокальном ядре;
скорость сварки.
Все эти параметры взаимосвязаны. Так, при постоянной мощности в ядре я повышенной скорости протяжки пленок сварки может не произойти, и наоборот, при малой скорости протяжки будет не сварка, а разрезка пленки.
Для сварки полимерных материалов могут быть использованы не только газовые лазеры, генерирующие лучи длиной 10,6 мкм, но и лазеры на твердых кристаллах, генерирующие лучи длиной 1,1 мкм.
Пленки некоторых пластмасс, например ПВХ, свариваются лучом лазера неудовлетворительно вследствие их склонности к деструкции в процессе концентрированного нагрева.
Особое внимание при лазерной сварке необходимо уделять безопасным методам труда сварщика и недопущению посторонних лиц к месту сварки.
В тресте Ленинградоргстрой разработан способ сварки поливинилхлоридного линолеума с применением аппаратуры инфракрасного нагрева, которая включает в себя излучатель типа «Пилад», блок питания с соединительным шнуром и целлофановую ленту шириной ВП—.70. Энергию инфракрасного излучателя направляют в зону сварки при помощи параболических рефлекторов (отражателей), в фокусе которых установлены спирали, разогреваемые под действием электрического тока до 1000-1100° С. Сварщик наблюдает за процессом оплавления полимера в окно через целлофан, который накладывается на свариваемый шов по всей длине. Как только полимер достигнет вязкотекучего состояния, рабочий движением излучателя вперед сдавливает расплав в зоне сварки.
Более мощный излучатель «Пилад-220* применяют в заводских условиях. Он оборудован двумя параболическими отражателями, в фокусе которых установлены кварцевые источники инфракрасного излучения КИ-220-1000, серийно выпускаемые Рижским электроламповым заводом. Излучатель при помощи скобы соединен с тележкой привода, на которой" установлена катушка с целлофановой пленкой.
Сварку ведут на специальных столах, конструкция которых разработана трестом Ленинградоргстрой совместно с ДСК-2.