Сварка термопластов газовым теплоносителем и экструдируемой присадкой

Сварка газовым теплоносителем. Сварка термопластов газовым теплоносителем основана на нагреве соединяемых поверхностей материала до температуры сварки струей нагретого газа. Выполняют ее преимущественно с применением присадочного материала главным образом вручную с помощью сварочных горелок различной конструкции. Нагретый газ, выходящий из сопла горелки, нагревает одновременно свариваемые кромки и основание прутка, плотный контакт между которыми создает сварщик путем прижатия прутка рукой.

Этот способ универсален и гибок, пригоден для сварки материалов различных толщин, протяженных швов сложной конфигурации при различном их положении в пространстве, не требует сложного оборудования. Поэтому его можно применять при сборке конструкций, несмотря на сравнительно низкую производительность и недостаточно высокую прочность соединений, особенно при ударных и изгибающих нагрузках.

Технология сварки

Способ сварки пластмасс газовыми теплоносителями с присадочным прутом применим главным образом для соединения сравнительно жестких термопластов (ПП, винипласт, полиметилметакрилата, ПА, ПЭКД ), так как только при достаточной жесткости присадочного прутка представляется возможным обеспечить стабильность его положения при сварке и необходимый контакт между нагретыми поверхностями свариваемых деталей и присадочного материала.
Этим способом могут быть выполнены швы практически всех видов сварных соединений – стыковых, нахлесточных, угловых.

Сварка швов стыковых соединений деталей толщиной до 4 мм возможна без подготовки кромок. В этом случае между листами следует оставлять зазор 1-3 мм для обеспечения равномерного провара. Сварку выполняют с одной либо двух сторон без подкладки, а также на съемной или привариваемой прокладках. При сварке встык листов или деталей толщиной свыше 4 мм рекомендуется предварительная подготовка кромок: скос кромок одного либо обоих свариваемых листов с одной или двух сторон.

Швы, полученные при сварке деталей с двусторонним скосом кромок (х-образные), имеют преимущества перед швами, полученными при сварке деталей с односторонним скосом кромок (v-образными). Они требуют в 1,6-1,7 раза меньше расхода присадочного материала, следовательно, могут быть выполнены за меньшее число проходов. Х- образные швы более прочные, так как благодаря их симметричному строению при воздействии растягивающих и изгибающих нагрузок в них не возникают дополнительные изгибающие моменты.
Для уменьшения коробления материала при сварке х-образных швов присадочный материал приваривают попеременно с обеих сторон стыка.
При сварке винипласта, полиэтилена высокого и низкого давления, пентопласта, полиметилметакрилата и полиамида присадочный материал рекомендуется держать под углом 900 к поверхности шва. Если угол наклона меньше 900 , присадочный материал нагревается на участке большей длины, расход его в результате осадки увеличивается, а в шве из-за продольного сжатия пруток изгибается. Если угол наклона больше 900 , то усилие, действующее на пруток, имеет две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Под действием горизонтальной составляющей пруток, уложенный в шов, удлиняется, вследствие чего при охлаждении может разорваться.

Тем не менее, в отдельных случаях присадочный материал не рекомендуется устанавливать перпендикулярно поверхности шва. При сварке мягких пластмасс, таких, как пластифицированный поливинилхлорид, лучшие результаты достигаются при угле между прутком и поверхностью шва > 900 . В этом случае легче обеспечить необходимое сварочное давление; возможное удлинение прутка, уложенного в шов, для мягких пластифицированных материалов не опасны. Наоборот, для ПВХ (сарана) угол наклона прутка к поверхности шва рекомендуется 450 .

Основные параметры режима сварки пластмасс газовым теплоносителем: температура и расход газа, усилие, прикладываемое к прутку, и скорость укладки присадочного материала в разделку шва. Образование сварных соединений при сварке газовым теплоносителем, так же как и при других методах сварки, возможно только при условии, если поверхности соединяемых материалов находятся в вязкотекучем состоянии, поэтому температура газа – теплоносителя на выходе из сопла сварочного аппарата должна на 50-1000 С превышать температуру текучести полимера.

Температура газа – теплоносителя и скорость укладки присадочного материала неразрывно связаны между собой. Каждой определенной температуре соответствует оптимальная скорость процесса, при которой возможно получение сварного соединения максимальной прочности.

В значительной степени на процесс сварки влияют также состав, форма и площадь сечения присадочного прутка. Обычно для рассматриваемого способа сварки его изготавливают из свариваемого полимера. Однако иногда желательно, чтобы материал присадки отличался от свариваемого повышенной пластичностью и имел несколько более низкую температуру размягчения. При сварке жесткого ПВХ обычно используют присадочный материал, содержащий 10% пластификатора, и только в случаях предъявления к сварным соединениям высоких требований в отношении стойкости к агрессивным средам применяют присадочный материал из жесткого ПВХ. Сварка ПА возможна с использованием в качестве присадочного материала ПА с температурой размягчения па 10-150 С ниже температуры свариваемого материала.

Существенный недостаток ручной сварки термопластов газовым теплоносителем-трудно обеспечить стабильное качество сварных соединений, так как в процессе сварки могут меняться параметры режима и условия сварки.
Сварка без присадки осуществляется, механизировано с помощью специальных стендов и машин. Ширина нахлестки зависит от толщины свариваемого материала и угла сноса кромок и для обеспечения качественной сварки должна быть не менее 16мм. Скорость сварки 0,25-0,35м/мин, относительная прочность сварных соединений 80-90%.

При сварке пленок газовым теплоносителем без присадочного материала образование соединений достигается путем одностороннего нагрева струей газа приведенных в контакт соединяемых материалов.
В качестве газа- теплоносителя может использоваться воздух: для ПЭ пленок лучше применять азот либо инертный газ.

Сварка экструдируемой присадкой

Сущность сварки термопластов экструдируемой присадкой состоит в том, что расплавленный материал, выходящий из экструдера, непрерывно подается между соединяемыми поверхностями, нагревает их до температуры сварки, сплавляясь с ними, образует сварной шов. Это сравнительно новый метод сварки, получивший широкое распространение в последнее время благодаря простоте, высокой производительности, широким технологическим возможностям и высокому качеству сварных соединений.

Процесс сварки термопластов экструдируемой присадкой близок к процессу сварки металлов плавящимся электродом. В обоих случаях образование сварных соединений происходит в результате сплавления присадочного материала с кромками свариваемых деталей. Различие состоит в том, что полимерные материалы не переходят при плавлении в жидкую фазу, а остаются в вязкотекучем состоянии. Поэтому для обеспечения плотного контакта между присадочным материалом и кромками свариваемых деталей необходимо применять давление.

Сварка экструдируемой присадкой возможна по двум схемам: без контакта мундштука экструдера с соединяемыми кромками и при контакте мундштука с поверхностью кромок. Способ по первой схеме получил название бесконтактной экструзионной сварки, либо просто экструзионной; по второй схеме контактно-экструзионной сварки.

При экструзионной сварке мундштук экструдера устанавливают на определенном расстоянии от поверхности свариваемого материала и, перемещая по стыку полностью заполняют разделку шва. Для обеспечения плотного контакта присадочного материала со свариваемыми поверхностями применяют специальные прижимные устройства.
При контактно-экструзионной сварки разогретый мундштук экструдера вводят в разделку шва до соприкосновения с кромками и перемещают по стыку, заполняя его расплавленным присадочным материалом. Дополнительные устройства для прижима присадки в этом случае не применяют, плотный контакт достигается за счет давления, создаваемым самим присадочным материалом.
Бесконтактная экструзионная сварка получила практическое применение главным образом для соединения полимерных пленок образом для соединения полимерных пленок и пленочных армированных материалом непрерывным протяжным швом. Входящий из экструдера материал непрерывно поступает в зазор между соединяемыми поверхностями пленок и вместе с пленками происходит между обжимными роликами.

Процесс контакта - экструзионной сварки разработан и исследован сравнительно не давно. Он имеет ряд преимуществ перед бесконтактной сваркой и поэтому находит все более широкое применение, как для соединения листовых материалов, так и для соединения пленок