Сварка и склеивание пластмасс

 

 

 

 

 
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................5

1.СВАРКА ПЛАСТМАСС.................................................................................7

1.1. Сварку пластмасс газообразными теплоносителями ..............................8

1.2.Сварка нагретым инструментом................................................................11

1.3.Сварка трением...........................................................................................16

1.4.Ультразвуковая сварка...............................................................................18

1.5.Высокочастотная сварка............................................................................19

1.6.Сварка излучением.....................................................................................19

1.7.Химическая сварка.....................................................................................20

2.СКЛЕИВАНИЕ ПЛАСТМАСС....................................................................23

2.1.Выбор клеев.................................................................................................24

2.2.Конструирование клеевых соединений....................................................24

2.3.Клеи используемые в авиастроении.........................................................26

2.4.Технология склеивания пластмасс............................................................27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................30

 

ВВЕДЕНИЕ

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года поставлена задача увеличить применение в машиностроении прогрессивных конструкционных материалов — проката из низколегированной стали, гнутых, фасонных и точных профилей, металлических порошков и пластмасс.

Заключительным этапом при изготовлении изделий и конструкций из пластмасс является сборка. Доля затрат на ее выполнение может составлять от 30 до 70 % общей стоимости производства изделий и конструкций. В связи с этим развитие различных способов соединения пластмасс, среди которых наибольшее применение нашли сварка и склеивание, имеет большое народнохозяйственное значение.

Развитие сварки пластмасс в СССР началось в 60-е годы; в последние годы освоена сварка основных термопластов, применяющихся для изготовления изделий и конструкций различного назначения. Значительная работа проведена в области механизации и автоматизации процессов сварки, разработаны и применены новые способы сварки. Теоретической основой для научной разработки оборудования и технологии сварки пластмасс стали исследования механизма образования сварных соединений материалов на основе полимеров. Первые фундаментальные исследования механизма образования сварных соединений из термопластов были выполнены советскими специалистами под руководством проф. С. С. Воюцкого, а затем развиты в работах других исследователей.

В настоящее время организованы десятки специализированных участков и цехов, где успешно применяются наиболее эффективные способы сварки, а сама сварка стала важным и самостоятельным технологическим процессом. В значительно меньших объемах, чем сварка, при изготовлении изделий и конструкций из пластмасс применяется склеивание. Эффективны клеевые соединения при строительстве трубопроводов из поливинилхлорида и конструкций из листовых стеклопластиков.

Для производства работ по сварке и склеиванию создано необходимое оборудование — ручные устройства и аппараты, автоматы и полуавтоматы, механизированные установки, передвижные и стационарные прессы и др.

В ближайшее время предполагается снижение доли неэкономичных и трудноавтоматизируемых способов сварки, например сварки нагретым газом, а также изыскание новых технологических схем и новых способов сварки. При этом должны быть увеличены объемы применения современных высокопроизводительных способов — стыковой сварки нагретым инструментом, сварки экструдируемой присадкой и ультразвуком. Производительность применяемых в настоящее время способов сварки пластмасс в значительной степени моокет быть повышена за счет механизации и автоматизации вспомогательных операций, а также за счет совершенствования сварочного оборудования. Совершенствование оборудования для стыковой сварки нагретым инструментом направлено на создание эффективного автоматического управления процессами сварки и разработку профильных нагревательных инструментов, позволяющих увеличить площадь сварки и расширить интервал оптимальных температур сварки, что особенно важно для изделий из поливинилхлорида.

Оборудование для сварки нагретым газом совершенствуется в направлении использования полуавтоматических автономных сварочных устройств со специальными насадками, применения присадочных прутков любых требуемых размеров с заданными характеристиками и гарантированного качества.

 

 

 

 

 

 

 

1. СВАРКА ПЛАСТМАСС

По сравнению с другими способами соединения деталей и узлов является наиболее технологичным способом, позволяет механизировать процесс сборки, увеличить его производительность и улучшить качество соединения. С помощью сварки получают неразъемные соединения деталей, узлов, изделий и строительных конструкций.

Сейчас сварка является одним из ведущих технологических процессов в современном строительстве при изготовлении и монтаже изделий и конструкций из пластмасс и материалов, покрытых пластмассами, от степени развития и совершенствования которой во многом зависит уровень технологии в строительстве.

Сейчас разработаны и применяются самые различные способы сварки, с помощью которых обеспечивается соединение деталей из всех до сих пор известных термопластов.

Сварка изделий и конструкций из термопластов осуществляется взаимной диффузией макромолекул в зоне сварки деталей, в местах контактов которых материал нагрет до размягченного состояния. При сварке с присадочными прутками взаимная диффузия макромолекул осуществляется между материалом свариваемых детален и присадочных прутков, а при многослойной сварке также и между присадочными прутками. 
Процесс сварки осуществляется в узких температурных границах — ниже температуры разложения, но выше температуры размягчения. 
При всех способах сварки при правильно установленном технологическом процессе основной, а также присадочный материал в зоне сварки нагревают до вязко-текучего состояния.

Технологический процесс сварки термопластов осуществляется за два перехода: первый — нагрев деталей или деталей и сварочного прутка в зоне сварки, второй — приложение механического усилия (сварочного давления) в зоне сварки, под действием которого образуется сварное соединение (сварной шов).

Принципиально сварка термопластов и материалов, покрытых пластмассами, всеми до сих пор известными способами идентична контактной сварке металлов методом сопротивления.

В последнее время разработан способ сварки реактопластов, сущность которого заключается в продолжении химической реакции отверждения. В реакции принимает участие связующее соединяемых поверхностей деталей в зоне сварки.

Установлено, что природа сварки различных отвержденных пластиков в каждом отдельном случае обусловлена механизмом отверждения их связующего. При конденсации отвержденных смол и на любом этапе отверждения в смоле сохраняется некоторое количество реакционно-способных функциональных групп, полное использование которых невозможно, так как поликонденсация является равновесным процессом (заканчивается как только в смоле установится равновесное состояние). Даже тепловая обработка готового изделия при высоких температурах не приводит к использованию всех функциональных групп.

Выбор способа сварки зависит от свойств термопластов, типа изделий и конструкций, сортамента применяемых пластмасс и т. д. Как и при сварке металлов, механизированные процессы являются более экономичными при крупносерийном и массовом производстве. Для сварки реактопластов применяют высокочастотную и ультразвуковую сварку (по литературным данным «химическую сварку»).

1.1. Сварку пластмасс газообразными теплоносителями

Используют в строительстве сравнительно давно, в общем объеме производства сварных изделий и конструкций она занимает одно из первых мест. Этот способ наиболее универсален и маневрен, он нашел применение при изготовлении изделий и крупноразмерных заготовок в заводских условиях, а также в построечных условиях при монтаже сварных пластмассовых конструкций.

Сварка пластмасс нагретым газом горячий воздух нагревает поверхности свариваемого материала и присадочного прутка и, после приложения давления и остывания, получается монолитное соединение. Отличительной характеристикой способа является подвод тепла непосредственно к соединяемым поверхностям и последовательно от одного участка шва к другому. Наряду с последовательной сваркой возможна также сварка по всей поверхности шва за один прием. Сварку с помощью нагретого газа можно осуществлять с применением присадочного материала и без присадочного материала. 
Данной сваркой можно соединять детали практически любых размеров и конфигураций из поливинилхлорида, полиолефинов, полиметилметакрилата, полистирола, полиамидов в любых условиях сварочного производства. 
Недостаток этого способа – низкая производительность, высокая стоимость. 
Положение шва при сварке: нижнее, горизонтальное, вертикальное (снизу вверх), вертикальное (сверху вниз), горизонтальное на вертикальной поверхности, потолочное; горелка с быстросвариваемым соплом; предпочтительное нижнее и горизонтальное положение шва. 
Изделия: толщина 1,5-20 (30)мм, панели, трубы, гидроизоляционные детали, покрытия для полов, фасонные детали. 
Материалы: твердый, мягкий поливинилхлорид, твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, полиоксиметилен, полиметилметакрилат, полиамиды, полиизобутилен, поликарбонат. 
Сварка с присадкой

При сварке с присадочным материалом (рис. 1) поверхности деталей сначала нагревают струей разогретого газа, а затем приводят в контакт с нагретым той же струей присадочным материалом. Присадочный материал в виде прутка вводится в сварочную зону легким нажатием руки. Если пластифицированный пруток не выдерживает осевого давления, то используется прикатка его роликом. В качестве газа-теплоносителя можно использовать воздух, азот, аргон, углекислый газ. Наиболее экономичным является сжатый воздух.

Сварка нагретым газом с присадочным материалом может выполняться вручную и механизированным способом.

Сварка с использованием присадочного материала применяется при изготовлении конструкций из толстолистового материала: поливинилхлорида, политетрафторэтилена (фторлона-4), полиэтилена высокой и низкой плотности, полипропилена, полиамидов, полистирола, винипласта и т. д. К таким конструкциям относятся трубы, фасонные детали, различная химическая аппаратура, емкости, ванны для травления и т. д. Особенно широко сварка нагретым газом применяется при изготовлении сварных конструкций из винипласта.

 

Рис. 1. Схема сварки пластмасс нагретым газом с применением присадочного материала: 
1- свариваемые изделия; 2- сварочный шов; 3- присадочный материал;

4- наконечник нагревателя;5- струя нагретого газа

 

Сварка без присадки

Сварка без присадочного материала осуществляется за счет размягчения и сдавливания кромок деталей, соединяемых внахлестку (рис. 2). Этот способ применяется для соединения пленок из полиамида, полиэтилена низкой плотности и полиэтилентерефталата, а также для соединения жесткого и пластифицированного поливинилхлорида толщиной до 5 мм..

Кромки листов перед сваркой «на ус» срезают под углом 20—25°. При больших толщинах листы предварительно равномерно подогревают на ширину 150—200 мм в каждую сторону до температуры 330—340 К. Нагреватель устанавливают в таком положении, чтобы газовая струя попадала в зону контактасвариваемых деталей и нагревала срезанные кромки.

Сварку нагретым газом применяют для получения практически всех видов сварных соединений: стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых. Типы швов, условные обозначения и размеры конструктивных элементов регламентированы ГОСТ 16310—70.

 
 
 
 
Рис. 2. Схема сварки нагретым газом листов термопласта без присадочного материала: 
1-сварной шов; 2- прижимные ролики; 3- свариваемые листы; 4- наконечник нагревателя

1.2. Сварка нагретым инструментом

Сварка нагретым инструментом является наиболее универсальной для соединения различных изделий из термопластов ( пленок, листов, труб, лент, профилей и др.). Обычно при сварке этим способом присадочный материал не применяется.

Для нагрева соединяемых поверхностей используются металлические инструменты различной формы, а нагрев может осуществляться путем непосредственного соприкосновения с соединяемыми поверхностями (прямой нагрев, применяется в основном для сварки толстостенных изделий) или подводом тепла с внешней стороны через всю толщину детали( косвенный нагрев, используется для сварки пленок и тонких листов). Нагретые детали спрессовывают, а затем охлаждают.

При подводке тепла с внешней стороны изделий нагревательный инструменты одновременно служат и для спрессовывания соединяемых деталей. Нагрев изделий может быть односторонним или двусторонним.

Последний применяется только в тех случаях, кода конструкция свариваемого изделия позволяет подводить нагреватели с вух сторон

А) Сварка встык(рис.3)

Положение шва при сварке: любые пространственные положения. 
Изделия: толщина s>2мм, ручная сварка, трубы, профили, панели, слитки, фасонные детали. 

Рис. 3. Последовательность процессов стыковой сварки нагретым инструментом:а- исходное положение изделий и нагревательного инструмента; б- оплавление свариваемых поверхностей; в- готовое сварное соединение; 1-свариваемые детали; 2- электронагревательный инструмент