Химическая сварка полимерных материалов. Полимеров сварка
Сварка полимеров и пластмасс - главные особенности
Полимеры – это высокомолекулярные вещества, которые состоят из бесконечного числа мономеров (повторяющихся структур). На их основе создаются различные пластмассы.
Сегодня полимеры заняли почетное место в производстве и даже домашнем хозяйстве. Они применяются практически везде: от водопроводных труб до мебели. При этом, они значительно удешевляют производство и делают деталь значительно легче по весу.
Современные полимеры могут быть в нескольких физических состояниях: стеклообразное, вязко-текучее и высокоэластичное.
Сварка полимеров заключается в нагревании рабочих поверхностей до вязко-текучего состояния и сплавления их под давлением. Благодаря этому, в зоне сварки полимеры перемешиваются, а воздух выдавливается. После остывания образуется монолитная деталь.
Однако есть полимеры, очень плохо поддающиеся сварке или совершенно несовместимые между собой. Например, эластомеры и реактопласты вообще не поддаются сварке, т.к. они не расплавляются нагревом.
Также важно перед началом работы подготовить поверхности. Рабочая область должна быть очищена от жира, внешнего пластикового слоя и любых загрязнений. При этом очистку необходимо проводить непосредственно перед сваркой. Для этого используется концентрированный этиловый спирт и любая неволокнистая ветошь. Верхний пластиковый слой удаляется специальным скребком. Требования чистоты распространяются также на сам рабочий инструмент.
Сварка полимеров производится несколькими способами:
• Нагретым газом. При этом свариваемые поверхности и сам присадочный материал нагревают до необходимой температуры сварки подачей горячего воздуха или газа. Сам газ нагревается газовыми горелками или электронагревателями. Присадочный элемент вдавливается в разделку шва. Без скоса кромок производится сварка листов, толщиной не более 4 мм. В процессе работы, по мере размягчения поверхностей сам пруток необходимо под небольшим постоянным давлением вжимать в основание разделки.
• Сварка нагретым инструментом. Еще ее называют контактно-тепловой. Это один из самых простых методов сварки пластмасс и полимеров. Применяется для изготовления разнообразных емкостей, соединения труб, различных конструкций и даже деталей машин.Сварка полимеров в этом случае происходит в два этапа: разогрев поверхностей инструментом и их контакт под определенным давлением. При этом необходимо вовремя удалить нагревающий инструмент, чтобы обеспечить оптимальную прочность соединения.
• Сварка экструдером. Это сварка специальным пистолетом с нагревателем, через который подается специальный присадочный прут. При этом, температура этого выходящего состава должна составлять 40-50 ºС. Варить можно как контактным, так и бесконтактным способом. При бесконтактном методе отсутствует потребность в дополнительном давлении, т.к. обеспечивается теплопередача непосредственно от самого инструмента к свариваемым деталям и уменьшаются тепловые потери.
• Сварка полимеров с помощью специальных растворителей. Обычно этот метод используется для соединения деталей из аморфных термопластов. При этом обе поверхности прижимаются к губке с минимальным количеством растворителя. После набухания они соединяются и держатся под давлением некоторое время. Для ускорения высыхания и испарения растворителя может быть применен нагрев деталей. Основной недостаток этого метода заключается в особой вредности склеивающих веществ. Поэтому он применяется только в крайнем случае.
Полимеры хорошо поддаются сварке. Кроме того, сварка полимеров не требует сложного и дорогостоящего оборудования, поэтому доступна даже в домашних условиях.
www.vse-o-svarke.org
Сварка полимеров
В отличие от таких синтетических материалов, как дурапласты и эластомеры, термопласты обладают важным преимуществом: под воздействием тепла они размягчаются и становятся пластичными, что позволяет использовать их для сварки. По сравнению с другими способами соединения материалов, например при помощи винтов и заклепок и т.п., сварка позволяет получить адгезивный шов с ровной, неповрежденной поверхностью, без засечек и надрезов, с равномерным распределением напряжения. Подобный способ соединения пользуется популярностью при обработке многих видов полимеров. Так, например:
· Полиэтилен (РЕ):
- резервуары для дождевой воды
- канистры
- облицовка стен бассейнов
· Полипропилен (РР):
- садовая мебель
- сточные трубы
- ведра, контейнеры
· Поливинилхлорид (PVC):
- облицовка стен бассейнов
- сточные трубы
- водосточные желоба
· ABS:
- чемоданы
- запасные части для велосипедов
Кроме того, сварка используется при изготовлении различных изделий из плит: ящиков, перил, PVC-полов. А также для изготовления и ремонта труб, шлангов, соединения и ремонта пленки.
Сварка горячим воздухом (горячим газом)
Термин «сварка горячим газом» имеет историческое происхождение. В самом начале, когда способы обработки пластиков только разрабатывались, воздух в сварочных аппаратах действительно подогревался при помощи газовой горелки. Подобный способ сварки нельзя было назвать безопасным или практичным. Со временем появились аппараты с электрическим подогревом, которые позволяли регулировать температуру воздуха. Однако, обозначение «сварка горячим газом» осталось.
Сварка термопластов состоит из следующих этапов:
· Подготовка поверхности свариваемых деталей,
· Разогрев зон сварки,
· Сварка деталей,
· Охлаждение сварочного шва (сваренные детали находятся под давлением),
· Освобождение сваренных деталей от давления,
· Обработка сварочного шва
Качество сварочного шва выражается валентным соотношением. Под валентным соотношением понимается соотношение прочности сварочного шва и прочности основного материала. Как правило, удовлетворительным считается валентное соотношение от 0,6 до 0,8. Это означает, что прочность шва составляет 60-80% от прочности основного материала. Однако хороший сварщик достигает более высоких значений, до 100% в зависимости от свариваемого материала.
Сварка горячим воздухом – один из важнейших способов сварки термопластов и, кроме того, самый старый. Следует отметить, что его успешное применение требует некоторого навыка. Этот метод применяется для соединения отрезков плит при изготовлении различных изделий, для сварки труб и профилей.
Для сварки пригодны все без исключения термопласты. В основном и чаще всего сварка горячим воздухом применяется для соединения твердого и мягкого РЕ, РР, твердого, мягкого и ударопрочного PVC, а так же ABS и РММА. Сварка различных термопластов, даже со сходной формулой, не рекомендуется. В виде исключения допускается сварка твердого PVC с РММА или соединение двух деталей из РММА при помощи сварочной проволоки из PVC. Однако не следует ожидать, что подобное соединение окажется прочным.
При сварке горячим воздухом соединяемые поверхности и сварочная проволока разогреваются при помощи горячего воздуха до температуры плавления и свариваются под давлением. Горячий воздух поступает из круглой фильеры сварочного аппарата, при этом аппарат направляется одной рукой вертикальными маятникообразными движениями, а сварочный материал придерживается другой рукой.
Подобный способ сварки, который называют веерным, не является продуктивным, т.к. скорость сварки засчет повторяющихся маятникообразных движений невелика. Именно поэтому был разработан скорый способ сварки, в котором вместо круглой фильеры применяется фильера для быстрой сварки, а свариваемые поверхности и сварочный материал разогреваются предварительно, при этом сварочная проволока вплавляется фильерой в сварную зону.
Веерный способ сварки применяют, как правило, только для сварки деталей с маленьким радиусом или для сварки в труднодоступных местах, т.к. данный способ не очень удобен и требует определенного навыка.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Доске объявлений ПластЭксперт
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Форуме о полимерах ПластЭксперт
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
e-plastic.ru
| Полимеры – это высокомолекулярные вещества, которые состоят из бесконечного числа мономеров (повторяющихся структур). На их основе создаются различные пластмассы. Сегодня полимеры заняли почетное место в производстве и даже домашнем хозяйстве. Они применяются практически везде: от водопроводных труб до мебели. При этом, они значительно удешевляют производство и делают деталь значительно легче по весу. Современные полимеры могут быть в нескольких физических состояниях: стеклообразное, вязко-текучее и высокоэластичное. Сварка полимеров заключается в нагревании рабочих поверхностей до вязко-текучего состояния и сплавления их под давлением. Благодаря этому, в зоне сварки полимеры перемешиваются, а воздух выдавливается. После остывания образуется монолитная деталь. Однако есть полимеры, очень плохо поддающиеся сварке или совершенно несовместимые между собой. Например, эластомеры и реактопласты вообще не поддаются сварке, т.к. они не расплавляются нагревом. Также важно перед началом работы подготовить поверхности. Рабочая область должна быть очищена от жира, внешнего пластикового слоя и любых загрязнений. При этом очистку необходимо проводить непосредственно перед сваркой. Для этого используется концентрированный этиловый спирт и любая неволокнистая ветошь. Верхний пластиковый слой удаляется специальным скребком. Требования чистоты распространяются также на сам рабочий инструмент. Сварка полимеров производится несколькими способами: • Нагретым газом. При этом свариваемые поверхности и сам присадочный материал нагревают до необходимой температуры сварки подачей горячего воздуха или газа. Сам газ нагревается газовыми горелками или электронагревателями. Присадочный элемент вдавливается в разделку шва. Без скоса кромок производится сварка листов, толщиной не более 4 мм. В процессе работы, по мере размягчения поверхностей сам пруток необходимо под небольшим постоянным давлением вжимать в основание разделки. • Сварка нагретым инструментом. Еще ее называют контактно-тепловой. Это один из самых простых методов сварки пластмасс и полимеров. Применяется для изготовления разнообразных емкостей, соединения труб, различных конструкций и даже деталей машин.Сварка полимеров в этом случае происходит в два этапа: разогрев поверхностей инструментом и их контакт под определенным давлением. При этом необходимо вовремя удалить нагревающий инструмент, чтобы обеспечить оптимальную прочность соединения. • Сварка экструдером. Это сварка специальным пистолетом с нагревателем, через который подается специальный присадочный прут. При этом, температура этого выходящего состава должна составлять 40-50 ºС. Варить можно как контактным, так и бесконтактным способом. При бесконтактном методе отсутствует потребность в дополнительном давлении, т.к. обеспечивается теплопередача непосредственно от самого инструмента к свариваемым деталям и уменьшаются тепловые потери. • Сварка полимеров с помощью специальных растворителей. Обычно этот метод используется для соединения деталей из аморфных термопластов. При этом обе поверхности прижимаются к губке с минимальным количеством растворителя. После набухания они соединяются и держатся под давлением некоторое время. Для ускорения высыхания и испарения растворителя может быть применен нагрев деталей. Основной недостаток этого метода заключается в особой вредности склеивающих веществ. Поэтому он применяется только в крайнем случае. Полимеры хорошо поддаются сварке. Кроме того, сварка полимеров не требует сложного и дорогостоящего оборудования, поэтому доступна даже в домашних условиях. |
| Ориентация фторопласта-4 в заготовке. [40] |
Коллоидный графит при этой температуре расширяется ничтожно мало. Разница термического расширения двух материалов приводит к образованию трещин в поверхностном слое коллоидного графита на каждой частице фторопласта-4. При наличии высокого давления происходит сварка полимера по месту этих трещин. [41]
В промышленности, строительстве и сельском хозяйстве все более широкое применение находят полимерные материалы. Использование этих материалов снижает вес изделий, габаритные размеры, эксплуатационные расходы и повышает производительность труда. В связи с широким использованием полимеров в качестве конструкционных материалов возникла проблема их соединения. В промышленности используется несколько методов сварки полимеров: теплоносителями, ультразвуком, инфракрасным излучением и др. Предстоит дальнейшая работа по совершенствованию методов сварки полимеров и пластмасс. [42]
Вопрос взаимной растворимости полимеров тесно связан с явлением автоадгезии, играющей важную роль в процессах их склеивания, и со сваркой полимерных материалов. Во время склеивания адгезив наносят в виде раствора ( почти все склеивающие вещества [10] представляют собой растворы высокомолекулярных веществ), и так как полимерные субстраты способны набухать или растворяться в клеевом растворе, происходит взаимная диф - фузия макромолекул из одной фазы в другую. В результате исчезает граница между фазами с образованием прочного шва. Бэтой взаимной диффузии макромолекул и заключается суть автоадге - зии, которая также проявляется в процессе сварки полимеров. [43]
В промышленности, строительстве и сельском хозяйстве все более широкое применение находят полимерные материалы. Использование этих материалов снижает вес изделий, габаритные размеры, эксплуатационные расходы и повышает производительность труда. В связи с широким использованием полимеров в качестве конструкционных материалов возникла проблема их соединения. В промышленности используется несколько методов сварки полимеров: теплоносителями, ультразвуком, инфракрасным излучением и др. Предстоит дальнейшая работа по совершенствованию методов сварки полимеров и пластмасс. [44]
Важнейшее условие обеспечения стабильности процесса переработки полимерных масс ( растворов, расплавов и пластифицированных полимеров) - отсутствие в них пузырьков газовой фазы. Если же последние появляются при изготовлении полимерного материала или изделия из него, то необходимо устранить возможность их выделения. Если давление при переработке ниже, а температура выше, чем при получении полимерной массы, или температура переработки выше температуры кипения содержащихся в полимере летучих компонентов, то подготовленные для переработки расплав или раствор оказываются пересыщенными растворенным газом. Такие явления возникают при формовании пленок, волокон, прутков из расплавов, пластифицированных полимеров и растворов, при вакуумном формовании изделий, при сушке полимерных покрытий, сварке полимеров и в других процессах их переработки. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Сварка полимерных материалов
Многие полимерные материалы, как и металлы, можно сваривать при помощи газовой сварки. Методика сварочных работ несколько отличается от сварки металлов, так как в данном случае отсутствует сварочная ванна. То есть пластмасса разогревается не до жидкого состояния, а до вязко-текучего состояния кромок и присадочного материала, при котором происходит их слипание, образуя сварочный шов. Характерно особенностью сварки пластмасс является тот факт, что их не обрабатывают открытым пламенем, как металлы. Технология сварки пластмассовых листов показана на рис.1. Существует несколько методик сварки пластмасс, которые в определенной степени отличаются друг от друга.
| Рис. 1. Сварка пластмассы нагретым газом с присадкой: 1 — соединяемые детали; 2 — присадочный прут; 3 — горелка |
Наибольшее распространение получил способ разогрева кромок и присадочного материала; горячими газами. Горячие газы получают в специальных горелках в результате сгорания горючего газа (например, пропан-бутана) в смеси с атмосферным воздухом, либо при помощи электрических спиралей.
Сварку выполняют как с присадочным материалом, так и без него. При сварке без присадочного материала кромки свариваемых деталей разогревают до вязко-липучего состояния и сжимают между собой прижимными роликами. В результате этого кромки слипаются между собой и, остывая, образуют сварочный шов. Сварку с присадочным материалом ведут в следующей последовательности. Сначала разогревают кромки деталей, а затем между кромками с небольшим давлением укладывают присадочный пруток. При этом нужно следить за тем, чтобы разогрев кромок и присадочного материала был одинаковым и достаточным для перехода пластмассы в вязко-текучее состояние.
Сварке горячими газа подвергают практически все виды пластмасс, которые под действием повышенной температур переходят в вязко-липучее состояние. Это может быть винипласт, из которого изготавливают трубопроводы и различные емкости для химически агрессивных веществ, полиэтилен, который используют при изготовлении труб, пленок и других изделий и многие другие виды полимеров. Для каждого полимера существуют свои режимы термической обработки, которые подбирают, исходя из их особенностей. Материал присадочного прутка должен быть таким же, как в свариваемых кромках, но несколько более пластифицирован при помощи различных присадок. С помощью этого приема добиваются снижения температуры, необходимой для придания прутку пластичности.
Пластмассы, как и металлы, сваривают стыковым угловым и тавровым соединениями. Варианты разделок кромок при этих видах соединений приведены на рис. 2 и 3. Для этого кромки тщательно зачищают, обезжиривают и обрабатывают механическим способом под нужным углом. В зависимости от толщины свариваемых деталей и методики разделки кромок количество присадочных прутков в шве может быть различным. Примерная раскладка присадочных прутков при сварке стыковых соединений приведена на рис.4. Основные параметры стыковых соединений из винипласта нагретым газом приведены в таблице.
| Рис. 2. Разделка кромок и сварка угловых полимерных соединений |
| Рис. 3. Разделка кромок тавровых полимерных соединений |
| Рис. 4. Порядок укладки присадочных прутков при сварке стыковых соединений, при V-образной (А) и Х-образной подготовке кромок: 1 —6-номера швов (Б) |
Стыковые соединений из винипласта
| Толщина свариваемых кромок | Диаметр, мм | Угол разделки кромок | Зазор корне шва | Количество укладываемых прутков | Расход прутков на 1м шва, Г | Прочность по отношению к основному материалу, % | |
| Прутка | Отверстия наконечника | ||||||
| V-образная разделка кромок | |||||||
| 3-5 | 2,6 | 2,5 | 55-60 | 0,5-1,0 | 8-10 | 60-75 | 75 |
| 7-10 | 3,0 | 3,0 | 60-65 | 1,0-1,2 | 10-14 | 100-140 | 75 |
| 12-15 | 3,0 | 3,0 | 70 | 1,0-1,5 | 20-28 | 200-280 | 75 |
| 17-20 | 3,5 | 4,0 | 75-90 | 1,5 | 32-42 | 495-650 | 75 |
| Х-образная разделка кромок | |||||||
| 3-5 | 2,6 | 2,5 | 45-50 | - | 6-8 | 45-60 | 83 |
| 7-10 | 2,6 | 2,5 | 50 | - | 8-12 | 60-90 | 85 |
| 12-15 | 3,0 | 3,0 | 55-60 | - | 16-12 | 160-220 | 85 |
| 17-20 | 3,0 | 3,0 | 60-70 | - | 24-35 | 240-350 | 85 |
build.novosibdom.ru
www.samsvar.ru
Сварка - полимер - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Сварка - полимер
Cтраница 3
Механизм образования сварных соединений при сварке фтор-полимеров, как и других термопластов, зависит от температуры сварки. При температуре ниже температуры текучести полимера ( при сварке полимеров типа фторопласта-4) свариваемые поверхности находятся в высокоэластическом состоянии и образование сварных соединений обусловлено главным образом диффузией сегментов через границу раздела. Прочность сварных соединений в этом случае возрастает с повышением температуры и увеличением продолжительности сварки. [31]
Волновод ступенчатой формы имеет максимально возможный Ку, прост в изготовлении, но резонирует в узком диапазоне частот. Такие волноводы применяются в системах, где требуется большая амплитуда сварочного наконечника, например для сварки полимеров. Практически его рационально использовать в качестве первой ступени двухполуволнового концентратора. [32]
Одним из основных технологических параметров сварки нагретым газом является температура струи газа на выходе из наконечника нагревателя. В качестве газа-теплоносителя чаше всего используют воздух, как наиболее дешевый газ. При сварке полимеров ( полиамидов, полиэтилена, полипропилена), подверженных термоокислительной деструкции, рекомендуется применять инертные газы, такие, как азот, аргон, двуокись углерода. [34]
Различие одних и тех же материалов по индексу расплава практически сказывается на прочности их сварного соединения, так как в процессе осадки стыка при реологическом течении таких полимеров в контакт между собой будут входить слои материалов с различной вязкостью расплава. Материалы с малым индексом расплава имеют меньшую скорость оплавления Von, чем те же материалы с большим индексом расплава. В этой связи необходимо корректировать основные параметры рекомендуемого режима сварки полимеров ( температуру и давление) с учетом их индекса расплава. [35]
Диски приводятся в соприкосновение, причем на неподвижный диск посредством винта оказывается давление. При этом выделяется большое количество тепла, материал плавится с поверхности и происходит быстрая сварка, не сопровождающаяся общим разогреванием пластика. Нагреваемые при трении поверхности закрыты для доступа воздуха, что особенно важно при сварке окисляющихся полимеров, например полиэтилена и полиамидов. [36]
Установка для роликовой сварки типа ЛГС-02 состоит из лампового генератора, смонтированного в отдельном шкафу и сварочной машины с регулируемым электроприводом. Напряжение высокой частоты подводится к рабочему конденсатору, образованному двумя роликами, между которыми происходит сварка полимера. Ведущий ролик приводится в движение электродвигателем постоянного тока. [37]
Ввиду малой прочности полимерных материалов при смятии и срезе резьбовые соединения исключаются. Сварные соединения не универсальны для полимерных материалов и могут быть применены только для трубопроводов из термопластов. Однако при всех методах сварки имеется определенный риск, которого можно избежать, если четко определить, гарантирует ли разработанный метод сварки полимеров отсутствие в сварочном шве и в прилегающих к нему областях остаточных напряжений. При необходимости гарантировать надежную работу трубопровода в течение 50 лет этот вопрос становится актуальным при эксплуатации трубопроводов при средней температуре 18 - 20 С, поскольку время релаксации напряжений при этих температурах для отдельных полимеров колеблется от одного года до 50 лет. [38]
Однако и амплитуда, и интенсивность излучателей из ферритов вполне достаточны для применения их в разнообразных ультразвуковых технологических установках. Весьма перспективно использование ферритовых преобразователей в установках воздействия ультразвука на гальванические процессы, где требуется интенсивность меньше 1 вт / см2 и чрезвычайно полезна коррозионная стойкость ферритов. Ферритовые излучатели оказываются вполне подходящими для новой, быстро развивающейся области применения ультразвука - ультразвуковой сварки. В установках для сварки полимеров требуется амплитуда колебаний инструмента 20 - 30 мк, а при сварке элементов микроэлектронной техники амплитуда инструмента еще меньше - порядка 5 - 10 мк. [39]
Коллоидный графит при этой температуре расширяется ничтожно мало. Разница термического расширения двух материалов приводит к образованию трещин в поверхностном слое коллоидного графита на каждой частице фторопласта-4. При наличии высокого давления происходит сварка полимера по месту этих трещин. [41]
В промышленности, строительстве и сельском хозяйстве все более широкое применение находят полимерные материалы. Использование этих материалов снижает вес изделий, габаритные размеры, эксплуатационные расходы и повышает производительность труда. В связи с широким использованием полимеров в качестве конструкционных материалов возникла проблема их соединения. В промышленности используется несколько методов сварки полимеров: теплоносителями, ультразвуком, инфракрасным излучением и др. Предстоит дальнейшая работа по совершенствованию методов сварки полимеров и пластмасс. [42]
Вопрос взаимной растворимости полимеров тесно связан с явлением автоадгезии, играющей важную роль в процессах их склеивания, и со сваркой полимерных материалов. Во время склеивания адгезив наносят в виде раствора ( почти все склеивающие вещества [10] представляют собой растворы высокомолекулярных веществ), и так как полимерные субстраты способны набухать или растворяться в клеевом растворе, происходит взаимная диф - фузия макромолекул из одной фазы в другую. В результате исчезает граница между фазами с образованием прочного шва. Бэтой взаимной диффузии макромолекул и заключается суть автоадге - зии, которая также проявляется в процессе сварки полимеров. [43]
В промышленности, строительстве и сельском хозяйстве все более широкое применение находят полимерные материалы. Использование этих материалов снижает вес изделий, габаритные размеры, эксплуатационные расходы и повышает производительность труда. В связи с широким использованием полимеров в качестве конструкционных материалов возникла проблема их соединения. В промышленности используется несколько методов сварки полимеров: теплоносителями, ультразвуком, инфракрасным излучением и др. Предстоит дальнейшая работа по совершенствованию методов сварки полимеров и пластмасс. [44]
Важнейшее условие обеспечения стабильности процесса переработки полимерных масс ( растворов, расплавов и пластифицированных полимеров) - отсутствие в них пузырьков газовой фазы. Если же последние появляются при изготовлении полимерного материала или изделия из него, то необходимо устранить возможность их выделения. Если давление при переработке ниже, а температура выше, чем при получении полимерной массы, или температура переработки выше температуры кипения содержащихся в полимере летучих компонентов, то подготовленные для переработки расплав или раствор оказываются пересыщенными растворенным газом. Такие явления возникают при формовании пленок, волокон, прутков из расплавов, пластифицированных полимеров и растворов, при вакуумном формовании изделий, при сушке полимерных покрытий, сварке полимеров и в других процессах их переработки. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Способы сварки полимеров и пластмасс
Сварка полимеров и пластмасс заключается в нагреве свариваемых кромок до пластического вязкотекучего состояния и соединения их под некоторым давлением. Применяются следующие способы сварки:
Рис.1
1. Сварка нагретым газом (рис. 1). Свариваемые кромки детали 4 и присадочный материал нагревают до температуры сварки струей горячего воздуха или газа. Для нагрева воздуха (газа) используют электронагреватели или газовые горелки 1. Присадочный пруток 2 вдавливают в разделку шва 5; нагретые слои материала слипаются и присадочный пруток образует сварной шов 3. При сварке толстого материала в разделку шва последовательно укладывают несколько нагретых присадочных прутков, как показано на рис. 2.
Рис.2
Сварку без скоса кромок применяют для соединения листов толщиной менее 4 мм. При большей толщине применяют V- и Х-образные разделки шва под углом 60°. При этом Х-образные швы более прочны. В процессе сварки по мере размягчения поверхностей свариваемых кромок и присадочного прутка необходимо непрерывно вжимать пруток в основание разделки под небольшим, но постоянным давлением. Для получения полного провара необходимо у корня шва оставить зазор 0,4…0,5 мм. При сварке мягких термопластов (полиэтилен и др.) присадочный пруток вводят под тупым углом, чтобы обеспечить достаточное давление на свариваемые кромки. При сварке жестких термопластов (винипласт, органическое стекло и др.) пруток вводят в разделку шва почти под углом 90° к шву.
Полиэтилен и полистирол при сварке нагревают горячим газом или воздухом до температуры не выше 160…180°. Органическое стекло рекомендуют сваривать струей воздуха, нагретого до 200…220°С. Присадочным материалом служат прутки сечением 7… 12 мм2. Допускается использование сварочных прутков из винипласта диаметром 3,0…5,0 мм. Винипласт сваривают в размягченном (вязкотекучем) состоянии при температуре 220…240°С. Присадочным материалом служат сварочные прутки диаметром до 5 мм из пластифицированного винипласта. Процесс сварки осуществляется путем размягчения прутков и сцепления их с основным материалом.
Для сварки материалов толщиной 2…25 мм этим способом применяют горелки ГГП-1-66. Теплоносителем является воздух в смеси с продуктами сгорания пропан-бутановой смеси. Масса горелки — 0,6 кг. Горелка ГЭП- 1А-67 работает с электроподогревом теплоносителя — газа (воздуха, азота и др.). Для этого на пути движения газа в корпусе горелки установлена электроспираль. Масса горелки — 0,68 кг. Простота оборудования и технологии позволяет применять этот способ для сварки деталей любых размеров и конфигурации.
Следует учесть, что полимеры и пластмассы имеют высокий коэффициент температурного расширения (в 4…6 раз больше металлов). Это вызывает опасность возникновения больших внутренних напряжений в сварном шве, ослабляющих сварное соединение и вызывающих коробление свариваемых деталей. Для получения хорошего сварного шва рекомендуется применять струю нагретого газа небольшого сечения (диаметр струи 3…5 мм), а также различные фиксирующие приспособления.
2. Сварка контактным нагревом. При этом способе свариваемые поверхности нагревают с помощью электронагревателя; доводят их до вязкотекучего состояния; затем нагревательный элемент удаляют, а свариваемые поверхности соединяют сдавливанием. Пленки соединяют внахлестку, при этом электронагревателем может служить электроутюг или специальное устройство с роликом или валиком. Этим способом сваривают пленки толщиной не более 2 мм, так как низкая теплопроводность затрудняет нагрев пластмасс до нужной температуры.
Этот способ сварки годен как для мягких, так и для жестких полимеров и пластмасс. Однако он требует больших затрат времени на нагрев, регулировку температуры и охлаждение шва (под давлением) после сварки.
3. Сварка токами высокой частоты. Свариваемые детали нагревают в высокочастотном электрическом поле. После разогрева кромок до пластического состояния их сдавливают для получения прочного соединения. Этот способ очень экономичен и широко распространен в промышленности. Наибольшее применение получила сварка высокочастотным током изделий из поливинилхлоридных пластмасс. Например, для сварки винипласта применяют токи частотой 60…75 МГц. Толщина свариваемого материала 0,5…2 мм; при меньшей толщине непроизводительно расходуется теплота прижимающих электродов. Производительность сварки в 5… 10 раз выше рассмотренных ранее способов.
Для шовной сварки пленок и лент применяют сварочные машины ЛГС-02, МСТ-ЗМ и др. Свариваемый материал прокатывают между двумя вращающимися роликами-электродами, к которым подключен высокочастотный ток. Сварка обеспечивает получение непрерывного, прочного и герметичного шва.
Нахлесточные соединения можно сваривать без скоса и со скосом кромок под углом 45°. Ширина шва 2…4 мм. Скорость сварки достигает 3 м/мин.
4. Сварка трением. Свариваемые кромки деталей нагревают до пластического состояния теплотой, выделяющейся при трении поверхностей этих кромок друг о друга. Для сварки одну часть детали закрепляют в патроне токарного или сверлильного станка и после вращения прижимают ко второй части детали, закрепленной неподвижно в специальном приспособлении. Поскольку термопласты имеют плохую теплопроводность, трущиеся поверхности быстро нагреваются. Давление сжатия в зависимости от материала составляет 0,2…1 МПа.
Рис.3
Такой способ сварки не требует подготовки поверхности, так как пленка и грязь вытесняются при сварке. Преимуществом этого способа является быстрота сварки. В зоне трения температура быстро повышается, обеспечивая моментальную сварку, в то время как температура материала около зоны сварки почти не изменяется. Однако этим способом можно сваривать только детали типа тел вращения. Кроме того, необходимость обеспечения давления для сварки делает этот способ применимым лишь для жестких термопластов. На рис. 3 показаны примеры сварных соединений из сплошного (а) и полого (б) материалов.
5. Сварка ультразвуком. Ультразвукорая сварка является наиболее универсальным и перспективным способом сварки полимеров и пластмасс благодаря своим широким технологическим возможностям. Локальное выделение теплоты в зоне сварки и нагрев до температуры, близкой к температуре плавления, исключают перегрев материала, наблюдаемый при других способах. Конструкция рабочего инструмента (волновода) допускает сварку в труднодоступных местах, а также позволяет получать точечные, прямолинейные и замкнутые швы различного контура (в зависимости от конфигурации рабочей части волновода). Сварка производится на частотах 17…45 кГц. Электрические колебания, вырабатываемые генератором с помощью преобразователя (магнитострикционного или пьезоэлектрического), преобразуются в механические колебания рабочего инструмента (волновода). Возникающие в материале высокочастотные механические колебания преобразуются в теплоту, идущую на нагрев и сварку материала.
В промышленности применяют установку для полуавтоматической сварки УПШ-12 (с генератором ГУФ-28/40 мощностью 40 Вт, предназначенную для сварки синтетических тканей толщиной 0…1 мм), аппаратуры типа УЗАП и др. Для ручной сварки получили распространение аппараты РУСУ-28 и РУСУ-50
soedenimetall.ru
Химическая сварка полимерных материалов
Виды сварки - Химическая сварка полимерных материалов
Этот вид сварки применяют для соединения термореактивных полимерных материалов. Как известно, в полимерах, находящихся в отвержденном состоянии, тепловое движение выражается лишь в ограниченных колебаниях малых участков макромолекул. На этих участках сохраняются химически активные функциональные группы, В определенных для данного полимера условиях активные группы, расположенные на поверхности одного изделия, могут вступать в реакцию непосредственно или с помощью добавок с активными группами столь же: подвижных участков макромолекул на поверхности другого изделия. Это явление и было использовано для создания нового вида сварки — химической.
Качество химической сварки определяется длиной подвижных участков молекул полимера в пограничных слоях, их степенью подвижности при выбранных условиях сварки, концентрацией в них химически активных групп и полнотой их участия в реакции соединения с полимером привариваемого материала.
Для осуществления химической сварки необходим тесный контакт между соединяемыми поверхностями. В химическую реакцию вовлекаются функциональные группы участков макромолекул, расположенных на контактирующих поверхностях. Не исключена возможность термоокислительного отщепления некоторых участков макромолекул и диффузии их в пограничные слои. Такие низкомолекулярные осколки облегчают контакт между соединяемыми поверхностями, выполняя роль мостиков, вступающих в реакцию с функциональными группами, жестко закрепленными на поверхности.
Сварной шов, получаемый методом химической сварки, не отличается по своей структуре от основного материала, поэтому прочность соединения соответствует прочности отвержденного связующего (полимера). Сварной шов также устойчив к повышенным температурам и к действию растворителей, как и полимер в свариваемом материале.
При химической сварке очень важно быстро и интенсивно прогреть контактирующие поверхности изделий. В процессе такого нагрева участки макромолекул, содержащих функциональные группы, приобретают большую амплитуду колебания, что облегчает преодоление пространственных затруднений для соединения функциональных групп между собой. Указанным требованиям удовлетворяют высокочастотный и ультразвуковой методы нагрева пластмасс.
Осуществить химическую сварку изделий из отвержденных смол удается и при комнатной температуре. Для этого нужно, чтобы процесс проходил в присутствии присадочного материала, в котором свариваемые поверхности слегка набухают, и чтобы химическая реакция между функциональными группами присадочного материала и отвержденной смолы могла проходить с достаточной скоростью и полнотой. Примером химической сварки, проходящей при комнатной температуре, служит сварка изделий из полиэфиров стиролом в присутствии органических перекисей и некоторых других соединений, ускоряющих полимеризацию.
Сварка с применением присадочного материала
При сварке термореактивных полимерных материалов в качестве присадочного материала может быть использована пленка, по составу близкая к связующему полимеру и отверждающаяся в процессе высокочастотного нагрева. Например, введение пленки или прутка из пластифицированного винипласта между свариваемыми поверхностями из непластифицированного винипласта облегчает процесс сварки и способствует повышению ударной прочности шва.
В случае сварки изделий из стеклопластиков (КАСТ-В, ВФТ-С и пресс-материал АГ-4) применяют пленку на основе связующего БФ-4, наиболее близкого по составу к связующему этих стеклопластиков. Присадочный материал не только заполняет зазор и обеспечивает должный контакт между соединяемыми поверхностями, но и участвует в Совместном отверждении со связующим стеклопластика.
Основными технологическими параметрами, влияющими на сварку с присадочным материалом, являются давление, продолжительность сварки и напряженность поля при сварке ТВЧ.
Зависимость прочности соединения от давления определяется количеством подводимой тепловой энергии, в частности напряженностью поля и продолжительностью сварки. С повышением давления до 40 кгс/см2 предел прочности при сдвиге возрастает, главным образом в результате улучшения контакта. Увеличение давления способствует также уплотнению материала, удалению воздушной прослойки между соединяемыми поверхностями и присадочной пленкой; при этом улучшаются условия прогрева и отверждения сварного шва.
После достижения максимального значения прочность снижается в результате деструкции связующего. Интенсификация нагрева связана с тем, что утонение материала с ростом давления увеличивает действующую напряженность поля при постоянстве величины напряжения на обкладках рабочего конденсатора.
Длительность цикла сварки включает отрезок времени, необходимый для разогрева изделия и присадочного материала, и продолжительность выдержки для их совместного отверждения. От продолжительности сварки зависит полнота прохождения процесса соединения и связанная с этим прочность сварного шва. Резкое увеличение прочности в начале нагрева объясняется контактом по большей площади соединения; дальнейший рост, по всей вероятности, вызван увеличением степени отверждения сварного шва.
Сварка без присадочного материала
Решающее значение при выборе режимов сварки имеет степень отверждения полимера. С увеличением степени отверждения ухудшается свариваемость.
При более интенсивном нагреве и большем давлении свариваемость материалов с повышенной степенью отверждения улучшается. Например, стеклопластики с повышенной степенью отверждения более стойки к термической деструкции. Чтобы достигнуть необходимой прочности соединения, их нужно прогревать длительное время.
С увеличением давления па соединяемые поверхности, вплоть до 65 кгс/см2, прочность сварного шва резко возрастает. Дальнейшее повышение давления мало сказывается на качестве сварки, что указывает на достижение полного контакта.
С повышением интенсивности нагрева возрастает пластичность материала, поэтому можно достигнуть такой же прочности соединения и при более низком давлении. Пределом интенсификации нагрева является термическая деструкция, которая приводит к снижению прочности сварного соединения.
Для сварки изделий из стеклотекстодитов, полученных на основе модифицированных фенолоформальдегидных смол, оптимальная величина давления 40÷50 кгс/см2. Для изделий из стеклопластиков на основе полиэфирных и эпоксидных смол полный контакт достигается легче и максимальная прочность шва получается при меньшем давлении (25—30 кгс/см2).
При сварке изделий из отверждающихся смол с порошкообразным наполнителем (например, из пресс-порошка марки К-18-2) давление не должно превышать 25—30 кгс/см2, так как этот материал при повышенных температурах имеет низкую прочность при сжатии.
Примеры сварки некоторых термореактивных пластмасс
Сварка отвержденных фенолоформальдегидных смол резольного типа. При сваривании изделий из отвержденных феполоформальдегидных смол с участием присадочного материала, представляющего собой фенолоформальдегиднуго смолу, находящуюся еще в стадии резола, контакт между свариваемыми поверхностями возрастает. В реакцию отверждения присадочного материала вовлекаются функциональные группы полимера, находящиеся на поверхности свариваемых изделий.
Фенолоформ альдегидные смолы новолачного типа отверждаются при взаимодействии с продуктами распада гексаметилен-тетрамина. Условия сварки изделий из этого материала требуют нанесения тонкого слоя отвердителя на контактируемуго поверхность.
Сварка кремнийорганических смол. Отвержденные кремнийорганические смолы содержат очень небольшое число функциональных групп, поэтому ничтожно мала вероятность их близкого расположения и химического взаимодействия в процессах дальнейшего отверждения, а тем более во время сварки.
Углеводородные (например, —СН3) группы, находящиеся в большом количестве в отверждениой смоле, в том числе и на поверхности изделий, могут быть вовлечены в реакцию химической сварки, если использовать в качестве возбудителя этой реакции органические перекиси. Раствор связующего тонким слоем наносят на свариваемые поверхности, и при соответствующих условиях между присадочным материалом и активными углеводородными группами на свариваемых поверхностях происходит реакция соединения.
Сварка отвержденных полиэфиров. В отвержденных полиэфирных смолах сохраняется некоторое количество ненасыщенных (кратных связей), которые из-за пространственных затруднений не могут вступить в реакцию между собой (в реакцию полимеризации). Отвержденные полиэфиры способны немного набухать в таких веществах, как стирол, а под действием инициатора и повышенной температуры стирол сополимеризуется внутри изделия из полиэфира.
Присадочным материалом может служить тонкий слой вязкого раствора исходного неотвержденного полиэфира в стироле, диаллилфталате, винилтолуоле, в которые предварительно введен инициатор реакции полимеризации — органическая перекись.
Лебедев Г.А. "Напыление. Сварка. Склеивание".
См. также:
www.autowelding.ru
Сварка полимеров и пластмасс: особенности и методы
Основой при создании такого очень распространенного материала как пластмасса есть полимеры. Полимерами считаются вещества с высокомолекулярной структурой, которые складываются из бесконечного количества повторяющихся структур (мономеров). Полимеры на сегодняшний день активно применяются на производстве и в быту. Их используют при производстве товаров различного назначения, от водопроводных труб до мебели. И это оправдано, так как применение этого материала снижает стоимость производимой продукции и ее общий вес. Основными физическими состояниями полимеров можно считать: стеклоподобное, вязко-текучее и высокоэластичное состояние.В чем состоит технология сваривания полимеров? Суть довольно простая. Поверхности деталей, которые соединяются, нагревают до вязко-текучей консистенции и спаивают, применяя давление. В месте сваривания полимеры смешиваются, при этом, из шва выдавливают воздух. Как результат, формирование монолитной детали после полного остывания. Разумеется, для сваривания полимеров необходимо, такое современное и очень качественное оборудование.Вместе с тем, среди полимеров имеются такие, которые практически не поддаются свариванию.Как пример, можно указать эластомеры и реактопласты. Это связано с невозможностью расплавить эти материалы путем нагрева.Эффективность работы с полимерами определяется качеством подготовки его поверхности. Важно перед свариванием полимеров тщательно очистить рабочую поверхность от жира, внешнего слоя полимера и других загрязнений. Для очистки применяют концентрированный этиловый спирт и мягкую ветошь (не волокнистую). Используя специальный скребок снимают верхний пластиковый слой. Необходимо помнить, что инструмент, который используется, так же должен быть чистым.Соединение полимеров можно осуществлять несколькими методами:• с использованием разогретого газа. Используя разогретый воздух или газ, полимер и присадочный материал нагревают до рабочего состояния. Для нагревания газа используют газовые горелки или электрические нагреватели. На свариваемых деталях вдоль будущего шва имеется разделка, куда вдавливается присадочный пруток. Если толщина листов для соединения не более 4 мм, то сварка производится без создания скоса на линии соприкосновения. При сваривании присадочный пруток размягчается и вжимается в разделку при постоянном и равномерном давлении;• сварка при помощи нагретого инструмента или контактно-тепловая сварка. Это один из самых доступных способов соединения пластмасс и полимеров. Его используют в ситуациях, когда необходимо соединить трубы, разнообразные детали машин или другие конструкции, а также при производстве емкостей. Процесс сварки в этом случае состоит из двух этапов: свариваемые поверхности нагревают специальным инструментом, а затем прижимают под необходимым давлением. Важно в нужное время удалить нагревающий инструмент с целью обеспечения необходимой прочности;• сварка экструдером. При этом, используют специальный нагревательный инструмент (пистолет), через который проходит присадочный элемент (пруток). Температура выходящего присадочного состава находится в пределах 40-50 градусов. Соединяют детали как бесконтактным, так и контактным методом. Бесконтактный метод не требует применять дополнительное давление. Дело в том, что теплопередача от самого нагревательного инструмента передается полимеру, тем самым снижая теплопотери;• использование для сварки специальных растворителей. Применяют метод для соединения заготовок из аморфных термопластов. Процесс соединения проходит таким образом. Обе соединяемые детали прижимаются к губке с небольшим количеством растворителя. В результате действия растворителя материалы набухают, после чего их соединяют и удерживают под давлением какое-то время. Для ускорения процесса применяют нагревание. Главный недостаток – это токсичность веществ, которые применяются. Из-за этого такой способ применяют достаточно редко.
http://hvosty.ru/svarka-polimerov-i-plastmass-osobennosti-i-metody/">
Сварка полимеров и пластмасс: особенности и методы
Основой при создании такого очень распространенного материала как пластмасса есть полимеры. Полимерами считаются вещества с высокомолекулярной структу
admin
2017-06-11 20:26:04
2017-09-15 14:33:33
hvosty.ru
