Материал: твердый
суспензионный, ударно-вязкий, мягкий
поливинилхлорид, твердый полиэтилен,
полипропилен, полиамиды.
Общая продолжительность
сварки: t>60с.
Источник нагрева:
электрический ток (нагрев электросопротивлением)
или пламя горячего газа (пропан). Сварочные
материалы, регуляторы температуры, теплообменники.
Б) Сварка враструб,
сварка в выточку
В любых пространственных
положениях
Изделия: толщина s>2мм,
ручная сварка враструб, трубы D<50мм,
машинная сварка враструб, сварка в выточку
труб, панелей, фасонных деталей.
Материал: твердый,
мягкий полиэтилен, полипропилен.
Источник нагрева:
электрический ток (нагрев электросопротивлением)
или пламя горючего газа (пропан).
Сварочные аппараты,
машины и принадлежности: Нагревающий
элемент с инструментами для формирования
шва (сварочный дорн или сварочная линза).
В) сварка тавровых
и угловых соединений
Положение шва при
сварке: нижнее
Изделия: толщина 2-10мм,
панели.
Материал: твердый,
мягкий полиэтилен, полипропилен.
Продолжительность
сварки 60с.
Источник нагрева:
электрический ток (нагрев электросопротивлением)
Сварка выполняется
без присадочных материалов.
Г) сварка нагретой
проволокой
Положение шва при
сварке: любые пространственные положения
Изделия: толщина s>1,5мм,
панели, трубы.
Материал: твердый,
мягкий полиэтилен, полипропилен, полиметилакрилат.
Продолжительность
сварки: t>30с
Источник нагрева:
электрический ток (нагрев электросопротивлением)
Сварочный аппарат:
регулировочный трансформатор или регулировочный
выпрямитель (при отсутствии регулировочного
трансформатора)
Д) Сварка нагретым клином применяется
преимущественно для получения нахлёсточных
соединений плёнок из термопластов, а
также стыковых соединений с накладкой.
При этом способе свариваемые поверхности
соединяемых плёнок разогреваются до
температуры вязкотекучего состояния
с помощью клиновидного нагревательного
инструмента, входящего в щель между двумя
плёнками, после чего плёнки сжимаются
по местам сварки с помощью валиков или
роликов, которые одновременно перемещают
свариваемые изделия и охлаждают сварной
шов (рис. 4).
Рис. 4. Схема сварки
нагретым клином нахлесточных соединений
пленок:
1- свариваемые пленки;
2– клиновидный нагревательный элемент;
3- прижимной ролик; 4- сварной шов; 5- транспортирующий
ролик
Изделие: толщина 0,5-10,0мм
(ручная сварка), толщина 0,1-2,0мм (машинная
сварка), фольга, гидроизоляционный материал,
ткани с покрытием, панели.
Материал: мягкий поливинилхлорид,
мягкий, твердый полиэтилен, полипропилен,
полиамиды.
Источник питания:
электрический ток (нагрев электросопротивлением)
Е) сварка термоимпульсом(рис.5).
Рис. 5. Схема термоимпульсной
сварки полимерных пленок:
1- пленки; 2- нагреватель;
3- тепло и электроизоляция; 4- антиадгезионная
прокладка; 5- подвижная губка; 6- эластичная
подложка; 7- неподвижная губка; 8- сварной
шов
Изделия: толщина 0,01-0,2мм
(односторонний импульс), толщина 0,01-0,4(0,5)
(двусторонний импульс), фольга, тонкая
бумага, алюминиевая фольга с покрытием,
оклеечная бумага.
Материал: твердый,
мягкий полиэтилен, полипропилен, твердый
суспензионный поливинилхлорид.
Источник нагрева:
электрический ток (нагрев электросопротивлением).
Рис. 6 Схема прессовой
сварки с нагревательным инструментом
без охлаждения (а) и с охлаждением (б) боковых
зон шва:
1- нагреватель; 2-теплоизоляционная
пластина; 3- разделительная прокладка;
4-свариваемые изделия; 5- охлаждаемый элемент
Сварочные аппараты:
ручные и механические устройства для
сварки термоимпульсом.
Ж) сварка контактно-тепловая
прессованием
Изделия: толщина 0,01-0,2мм
(односторонний нагрев), толщина 0,01-0,4мм
(двусторонний нагрев), фольга, тонкая
бумага и алюминиевая фольга с покрытием,
оклеечный материал.
Материал: твердый,
мягкий полиэтилен, полипропилен, оклеечный
материал из различных пластмасс.
Источник нагрева:
электрический ток (нагрев электросопротивлением)
Сварочные аппараты:
Разделительная фольга из политетрафторэтилена,
разделительная ткань с покрытие из политетрафторэтилена
или силикокаучука (толщ. 0,13-0,15).
З) сварка ленточная.
Применение нагревательного
инструмента в форме лент даёт возможность
охлаждать свариваемое изделие в процессе
сварки перед снятием давления, для этого
последняя зона, через которую проходит
материал, снабжается охлаждающим устройством
(рис. 7), что значительно повышает качество
и производительность сварочных работ.
Рис. 7. Схема ленточной
сварки полимерных пленок с двусторонним
подогревом:
1- свариваемые пленки;
2- стальная лента; 3- нагреватель; 4- охлаждающее
устройство; 5- сварной шов
И) роликовая сварка(рис.8)
Роликовая сварка применяется
для соединения полимерных пленок при
необходимости получения непрерывного
шва значительной протяженности.
Рис. 8. Схема роликовой
сварки с односторонним нагревом:
1- свариваемые пленки;
2- прижимной ролик; 3-сварной шов; 4-нагретый
ролик
1.3. Сварка
трением
Способ сварки трением - двухэтапный
процесс. Первый этап- нагрев, второй-осадка.
В процессе нагрева деталей в зоне контакта
при трении различают три периода. Первый
- это притирка (сухое трение), сопровождаемая
незначительным выделением теплоты. Под
воздействием давления и высоких скоростей
перемещения трущихся поверхностей относительно
друг друга в начальный момент (при недостатке
теплоты) происходит разрушение неровностей
в зоне контакта, а не течение расплава,
как это имеет место при уже развившемся
и перешедшим в квазистационарную фазу
процессе. Выделяющая при трении теплота
ведет к снижению вязкости поверхностного
слоя и коэффициента трения, поэтому необходимо
повышать давление прижима свариваемых
деталей с целью увеличения количества
теплоты, выделяющийся в единицу времени.
Второй период соответствует
разрушению поверхностных пленок и взаимодействию
чистых поверхностей, что сопровождается
явлением адгезии трущейся пары. При этом
происходит заметное выделение теплоты.
Третий переход сопровождается адгезионным
процессом по всей трущейся поверхности.
Этот установившийся процесс нагрева
и оплавления является наиболее важным
периодом и фактически он определяет длительность
нагрева свариваемых деталей.
При сварке трением механическая
энергия в зоне контакта свариваемых деталей
превращается в тепловую. За счет выделяющейся
на трущихся поверхностей теплоты происходит
переход термопластичного материала в
вязкотекучее состояние. После достижения
необходимого нагрева процесс трения
прекращают и детали соединяют путем осадки.
Трением можно сваривать подавляющее
большинство термопластов, имеющих стабильную
вязкость в широком диапазоне температур:
полиолефины, полиамиды, органические
стекла (полиметилметакрилат), полиформальдегиды,
полистирол, поликарбонаты. При помощи
трения можно получить неразъемные соединения
деталей из разнородных пластмасс, а также
обеспечивать надежные сварные соединения
деталей, выполненных из непластифицированного
пластифицированного ПВХ.
Обычно при сварке ПВХ, полиолефинов,
ПА время сварки при трении вращением
составляет 3-25с. Средние скорости вращения
должны быть не менее 1,5-3 м/с, что для деталей
небольших диаметров (прутков) соответствует
9-10 об/с. При сварке прутков из оргстекла
число оборотов должно быть увеличено
до 13 об/с и более. Для стыковки прудков
диаметром 25мм необходимо 100 об/с. При сварке
кристаллических полимеров с узким интервалом
вязкотекучего состояния требуется строгое
ограничение времени торможения шпинделя
станка по окончании оплавления.
Перед сваркой трением детали
из ПА, ПК необходимо подвергать нагреву.
Этим полимерам свойственно повышенная
гигроскопичность, они поглощают влагу
из воздуха. Сварка влажных деталей не
позволяет получить сварные швы высокой
прочности.
Лучше подвергаются сварке трение
детали из жестких пластмасс, в частности,
сваркой трением можно соединять трубы
при строительстве трубопроводов малых
и средних диаметров.
1.4. Ультразвуковая сварка
Один из промышленных методов
соединения полимерных материалов, основанный
на преобразовании механических высокочастотных
колебаний (более 20 000 Гц) в тепловую энергию.
Выделяемое при этом тепло размягчает
свариваемые поверхности, генерируясь
в толще материала, а приложенное давление
обеспечивает плотный контакт внутренних
поверхностей материала.
Машины для ультразвуковой сварки состоят
из следующих основных узлов: источника
питания, аппаратуры управления, механической
колебательной системы и привода давления.
Колебательная система (см. чертеж 160.100.65.0000.001-14)
состоит из электромеханического преобразователя
1 с обмотками, заключенного в металлический
корпус 2, охлаждаемый водой; трансформатора
упругих колебаний 5; сварочного наконечника
4; опоры с механизмом давления 5 и свариваемых
деталей 6. Крепление колебательной системы
производят с помощью диафрагмы 7. Ультразвук
излучается только в момент сварки точки.
Ультразвуковую сварку применяют
в основном для соединения материалов
с низкой электро- и теплопроводностью,
большинство из которых трудно или вообще
не возможно сваривать другими методами.
Ультразвуком сваривают следующие полимерные
материалы: органическое стекло, винипласт,
полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол
и др.
Процесс образования соединения
при ультразвуковой сварке можно условно
разделить на две стадии. Вначале происходит
нагрев соединяемых материалов. На второй
стадии между нагретыми до вязкотекучего
состояния контактирующими поверхностями
возникают связи, которые и обеспечивают
получение неразъемного соединения.
1.5. Высокочастотная
сварка
Вид сварки электромеханического
класса (см. Электромеханический класс
сварки), объединяющий способы сварки,
основанные на диэлектрическом нагреве
пластмасс в электромагнитном поле. В
мегагерцовом диапазоне частот В. с. хорошо
свариваются пластмассы, для которых коэффициент
диэлектрических потерь больше сотых
долей единицы (поливинилхлорид, полиамиды,
полиуретаны, полиакрилаты, некоторыефторсополимеры и
т.д.). Пластмассы, для которых коэффициент
диэлектрических потерь меньше сотых
долей единицы (полиолефины, фторопласт-4
и др.), свариваются В. с. на частотахгигагерцового диапазона.
В этом случае В. с. называют сверхвысокочастотной
сваркой. В. с. применяют преимущественно при сборке
изделий из пленок и композиционных многослойных
материалов. Отличительными особенностями
В. с. пластмасс являются одновременный
разогрев по толщине свариваемых материалов,
что позволяет исключить перегрев наружных
поверхностей, высокая скорость нагрева,
составляющая секунды, возможность изготовления
за одну технологическую операцию изделий
со сложной конфигурацией сварного шва.
1.6. Сварка излучением
Сварка излучением подразделяется
на сварку инфракрасным излучением (ИК
- излучением), световыми лучами и лазерным
излучением.
Отличительными особенностями сварки
излучением являются отсутствие при нагреве
прямого контакта между поверхностью
излучателя и нагреваемой поверхностью;
возможность в широких пределах управлять
режимами нагрева, изменяя мощность излучения
и поглощающую способность облучаемого
материала.
При сварке излучением могут облучаться
соединяемые поверхности или поверхности,
которое являются наружными по отношению
к сварочной зоне (рис.10)
Рис.10. Способы сварка полимерных материалов
излучением:
а – подвод излучения к наружной по отношению
к сварочной зоне поверхности;
б – подвод излучения к соединяемым поверхностям;
1 – источник излучения; 2 – свариваемый
материал; 3 – прижимной ролик;
4–прокладка; 5 – прозрачная
для излучения опора.
1.7. Химическая сварка
Тепло, необходимое для химической
сварки, наиболее целесообразно генерировать
высокочастотным полем или ультразвуком.
Благодаря высокой скорости и локальности
нагрева сварка может быть закончена до
того, как в материале начнутся нежелательные
побочные процессы, например деструкция.
Технология сварки не отличается принципиально
от технологии высокочастотной или ультразвуковой
диффузионной сварки. Выбор условий сварки
определяется химической природой полимера.
Сварка отвержденных реактопластов
возможна с участием функциональных групп,
оставшихся в материале после его формования.
Таким способом соединяют, например, детали
из феноло-анилино-форм-альдегидных смол.
При отсутствии в свариваемых материалах
функциональных групп (например, отвержденные
полиэфирные смолы) или при сварке деталей
сложной конфигурации на соединяемые
поверхности наносят присадочный материал,
например пленку реактопласта на основе
связующего, аналогичного связующему
свариваемого материала, но с меньшей
глубиной отверждения. Оптимальная напряженность
поля при высокочастотной сварке реактопластов
составляет 0,2—0,6 Мв/м, или кв/мм (такая
напряженность обеспечивает температуру
в зоне сварки в пределах 150—200 °С), продолжительность
процесса — от десятков секунд до нескольких
минут.
Химическая сварка резин осуществляется
с помощью сшивающих (присадочных) агентов
— перекисей, диаминов, диазосоединений
и др., способных быстро реагировать с
функциональными группами макромолекул
каучука (двойными связями, водородом
а-метиленовых групп и п,р.). На соединяемые
поверхности наносят обычно растворы
этих агентов в инертных (ацетон, хлороформ)
или активных (например, стирол) растворителях.
Благодаря этому достигается более равномерное
распределение сшивающего агента и упрощается
его дозирование. Резины из хлоропренового
каучука, содержащего в макромолекуле
подвижные атомы хлора, могут свариваться
без применения сшивающих агентов. Важное
значение при сварке резин имеет подготовка
соединяемых поверхностей, в частности
очистка их от ингибиторов и др. ингредиентов,
мигрирующих на поверхность резины при
ее хранении. Температура химической сварки
резин определяется реакционной способностью
сшивающих агентов. Давление сварки, зависящее
от упруго-релаксационных свойств материала
и от количества летучих продуктов в зоне
соединения, составляет 1,0—2,5 Мн/м2 (10—25
кгс см2). Продолжительность процесса изменяется
в тех же пределах, что и при сварке реактопластов.
Химическая сварка термопластов, сшитых,
например, под действием ионизирующего
излучения, осуществляется с помощью присадочных
агентов, способных образовать переходный
слой, структура которого аналогична структуре
остального объема материала. Так, при
сварке трехмерного полиэтилена в качестве
присадочного агента используют инициаторы
радикального типа (перекиси, пербораты,
персульфаты, азосоединения и др.), которые
предварительно вводят в термопласт (полипропилен,
необлученный или облученный малыми дозами
радиации полиэтилен) или наносят на одну
или обе соединяемые поверхности из раствора
в подходящем растворителе.