Лабораторная работа № 6

Сварка пластмасс нагретым газом

Цель работы

Ознакомиться с проведением испытания на растяже­ние и определением показателей прочности и пластично­сти.

Задание

1. Ознакомиться с различными способами сварки пластмасс.

2. Ознакомиться с устройством нагревательного прибора и правилами работы с ним.

3. Под руководством преподавателя провести сварку произвольных деталей из пластмассы.

4. Визуально оценить качество сварки, сделать выводы.

Теоретическая часть

В связи с высокой чувствительностью пластмасс к надрезу практически исключа­ется возможность их соединения заклепками или винтами. Прошивка пластмасс также сопряжена с образованием надрезов при проколах иглой, являющихся оча­гами для зарождения трещин. Для соединения пластмасс рациональны склеива­ние и сварка, причем склеивание ограничивается только нахлесточными соедине­ниями.

При сварке пластмасса должна размягчаться, а после охлаждения сохранять пластичность. Поэтому сваривают только термопласты. Так как материал не плавится, наряду с нагревом необходимо прикладывать давление.

Сварка нагретым газом.

Пластмасса нагревается до температуры сварки нагретым воздухом или азотом, (при сварке окисляющихся пластмасс). Присадочный металл нагревается и подводится с приложением давления. Очищенный и безмасляный газ нагревается в го­релках с электрическим или газовым нагревом до температур, указанных в таблице 1.

У горелок с газопламенным нагревом воздух подводится по трубке из жаростой­кой стали и нагревается газовым пламенем (рис. 1). Горючими газами служат водород, светильный газ, ацетилен или пропан. У горелок с

электрическим нагре­вом (рис. 2) воздух подводится по трубке в керамический корпус с электрическим нагревателем.

Способ пригоден для сварки сосудов, аппаратов, облицовок, настилов полов и пр. Более высокие скорости достигаются при высокопроизводительном способе сварки с использованием более мощных нагревателей и специализированных мундштуков для подачи присадочного материала. Швы стыковых и тавровых соединений пока­заны на рис. 3.

Таблица 1. температура сварки некоторых пластмасс.

Пластмасса	Температура сварки, ^0С
Поливинилхлорид твердый	300 - 350
Поливинилхлорид мягкий	250 – 300
Полиметилметакрилат	250 – 300
Полипропилен	240 - 280
Полиэтилен твердый	240 - 280
Полиэтилен мягкий	200 - 250
Полиизобутилен	250 - 300

Рис. 1. Горелка с газопламенным нагревом: 1 — вход для горючей газовой смеси; 2 — подогревательная спираль; 3 — выход газового теплоносителя; 4 — присадоч­ный пруток; 5 — пламя; 6 — вход для воздуха или азота

Рис. 2. Горелка с электрическим нагревом: 1 — вход для воздуха или азота; 2 — электрическая нагревательная спираль; 3 — выход газового теплоносителя; 4 — присадочный пруток; 5 — электрический кабель

Рис. 3. Стыковые и тавровое соединения пласт­масс.

Сварка нагретым инструментом

Соединяемые поверхности нагревают горячим инструментом до температуры сварки и сваривают под давлением с присадочным материалом или без него. Рекомендуют многослойную сварку деталей из твердого полиэтилена с присадочным материалом, частично или полностью пластифицированным.

Сварка с прямым нагревом

Соединяемые поверхности нагреваются при непосредственном контакте с горячим инструментом. Между деталями, установленными встык или внахлестку, вводят контактирующий с ними инструмент с электрическим нагревателем, а после достижения требуемой температуры сваривают детали под давлением (рис. 2.4). Схватывание расплава с инструментом предотвращается уменьшением времени сварки и повышением температуры до 350—400 °С.

Применение. Сварка мягкого и твердого поливинилхлорида, твердого полиэ­тилена, полипропилена, полиацетала. Сварка профилей и труб.

Рис. 4. Сварка нагретым инструментом с непосредственным нагревом: 1 — нагретый инструмент

Сварка с косвенным нагревом

Соединяемые поверхности нагреваются через толщу материала (рис. 5).

Рис. 5. Сварка нагретым инструментом с косвенным нагревом и распределение температуры: 1 — нагретый инструмент.

Способ применяют, прежде всего, для сварки пластмассовой фольги. Длительность сварки определяется теплопроводностью фольги, ее толщиной и температурой нагретого инструмента. Этим способом можно сваривать детали ограниченной толщины, зависящей от теплопроводности пласт­массы, так как максимальная температура инструмента определяется температурой разложения пластмассы. Например, можно сваривать фольгу из твердого поливи­нилхлорида толщиной до 80 мкм, а фольгу из полиэтилена — толщиной до 500 мкм. Чем уже диапазон термопластичности, тем меньше толщина свариваемой фольги.

Применение. Сварка мягкого поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена. Способ часто используют при производстве упаковки. Поскольку инструмент на­гревается кратковременными импульсами тока, способ называют также импульсной сваркой.

Сварка трением

Так же, как и при сварке трением металлов, соединяемые поверхности осесимметричных пластмассовых деталей нагреваются в результате трения и свариваются под давлением без присадочного материала.

Рис. 6. Сварка вибротрением с угловым и линейным движениями

Особым случаем сварки тре­нием является вибрационная сварка с угловым и линейным относительным движением (рис. 6). Детали совершают не не­прерывное вращательное движе­ние, а угловое или линейное, в результате чего в месте сое­динения выделяется теплота. Сварка осуществляется после оплавления и приложения да­вления. Частота вибрации пре­вышает 100 Гц. Если обычной сваркой трением соединяют осесимметричные детали, то вибрационной сваркой можно соединять детали любой формы при условии, что сварной шов лежит в плоскости.

Применение: сварка полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, акрилового стекла, полиацетала, полиамида, приварка фланцев втулок, упаковка массовых грузов.

Сварка токами высокой частоты

Соединяемые поверхности пластмасс, обладающих достаточно большими диэлект­рическими потерями, нагреваются в поле переменного тока высокой частоты до тем­пературы сварки и свариваются под давлением без присадочного материала. Когда пластмассу вводят в электрическое поле, то из-за поляризации атомов в нем проте­кает ток смещения. Образующиеся диполи колеблются в переменном поле, вследствие чего выделяется теплота.

Обычно применяют токи частотой 27,12 МГц, что соответствует длине волны 11 м, так как они не создают помех для радио и телевидения. При частоте более 200 МГц возникают определенные трудности.

В качестве оборудования для сварки токами высокой частоты, применяют различные уст­ройства, аналогичные клещам для точечной сварки, машины для непрерывной сварки, аналогичные шовным сварочным машинам. При толщине фольги 0,1 и 0,2 мм дости­гается скорость сварки соответственно 6 и 2 мм/мин. Ток высокой частоты генерируется ламповыми генераторами или искровыми осцилляторами.

Применение. Преимущественно сварка фольги из мягкого и твердого поливинилхлоридов, полиамидов, сополимеров, целлюлозоацетата, ограниченно пластин и профилей из твердого поливинилхлорида. Способ неприменим для соединения деталей из полиэтилена, полипропилена, полистирола и политетрафторэтилена.

Ультразвуковая сварка

При воздействии ультразвуковых колебаний пластмассовые детали, так же как и при ультразвуковой сварке металлов, нагреваются до требуемой температуры и свариваются под давлением. Давления составляют 20—50 кПа. Сварку протяжен­ных швов можно выполнять неподвижным инструментом на роликовой опоре со скоростью 30 м/мин.

Применение. Соединение фольги, пластин или деталей с заполнителем или без заполнителя из полистирола и полиэтилена. Возможна сварка поливинилхлорида.

Экструзионная сварка

Экструзионная сварка сочетается с нагревом горячим газом. Ее применяют для соединения однопроходным швом толстостенных пластмассовых деталей. После нагрева кромок горячим воздухом до температуры сварки, в зону сварного шва по­дается под давлением через политетрафторэтиленовый шланг присадочный материал, пластифицированный в экструдере. Сечение присадочного материала примерно равно сечению сварного шва (рис. 7). К настоящему времени накоплен опыт сварки этим способом только твердого полиэтилена.

Рис. 7. Установка для экструзионной сварки: 1 — нагреваемый экструдер; 2 — шланг для горячего возду­ха; S — политетраф­торэтиленовый шланг для экструдированной массы; 4 — сварочная головка; 5 — сварочный башмак

Приборы материалы и инструмент.

В качестве прибора для сварки, используется нагревательный фен типа Ferm ^® FHG – 2000 (рис. 8).

Рис. 8. Конструктивная схема фена Ferm ^® FHG – 2000: 1 – корпус; 2 - металлическая рама для поддержки элемента; 3 - двигатель вентилятора; 4 - нагревательный элемент; 5 – выключатель; 6 – конденсатор.

Техническая характеристика нагревательного фена Ferm ^® FHG – 2000.

Мощность...........................................................................2000 Вт

Напряжение........................................................................230/50 ~ В/Гц

1 – положение выключателя:

- температура/расход воздуха.....................................320/500 ⁰С/Литр в мин

2 – положение выключателя:

- температура/расход воздуха......................................580/650 ⁰С/Литр в мин

В качестве материала можно использовать отдельные части поливинилхлорида, полиэтилена или других термопластов.

Проведение опыта.

1. Обработать поверхности пластмассовых деталей, таким образом, чтобы поверхности соединяемых деталей геометрически правильные и ровные.

2. Обезжирить поверхности уайт-спиритом.

3. При сварке стыкового соединения, нагреть края соединяемых деталей так, чтобы горячий воздух не попадал на руки. Сварку нужно проводить вдвоем. Положение переключателя определить в соответствии с таблицей 1.

4. После нагрева, детали сразу сильно сжать.

5. Визуально определить качество сварки.

6. Сделать выводы.

Содержание отчета.

1. Тема лабораторной работы.

2. Цель занятия.

3. Порядок проведения опыта.

4. Техническая характеристика и марка прибора.

5. Схема сварного соединения с указанием размеров.

6. Оценка качества сварного соединения.

7. Выводы.