Сварка пластмасс

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. 7. 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).

   Сварочные аппараты: ручные и механические устройства для сварки термоимпульсом.

   Ж) сварка контактно-тепловая прессованием 
 

Рис. 8. 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 

   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 дает возможность охлаждать  свариваемое изделие в процессе сварки перед снятием давления, для этого последняя зона, через которую проходит материал, снабжается охлаждающим устройством. Что значительно повышает качество и производительность сварочных работ.

Рис. 9. 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

Роликовая сварка применяется для соединения полимерных пленок при необходимости  получения непрерывного шва значительной протяженности.

 

Рис. 10. Схема роликовой сварки с односторонним  нагревом:

1- свариваемые  пленки; 2- прижимной ролик; 3- сварной  шов; 4- нагретый ролик 

3.Сварка  расплавом. 

   Сварка  расплавом получила в последнее  время широкое распространение  благодаря простоте и высокой производительности, широким технологическим возможностям и высокому качеству сварных соединений.

   Сварка  может проводиться по непрерывной  и периодической схемам. При непрерывной  схеме сварки присадочный материал выходит из нагревательного устройства непрерывно, а при проведении процесса по периодической схеме периодически поступает в зазор между деталями, установленными в форму или зажатыми в приспособлении.

   Сварку  расплавом целесообразно осуществлять при высоких скоростях подачи расплава в шов и максимальной его массе, так как в этом случае присадочный материал теряет меньше теплоты и нагревать его можно до более низких температур.

Рис. 11. Схема  сварки расплавом, получаемым экструзией:

1- экструдер; 2- расплавленный присадочный материал; 3- свариваемые пленки; 4-прижимные ролики; 5- сваренный материал

 
 

4. Сварка трением. 

   Отличительными  особенностями сварки трением являются малое время сварки (несколько  секунд), локальное выделение тепла, высокая прочность сварного шва, возможность сварки поверхностей без их предварительной очистки, в том числе поверхностей, имеющих окисную пленку и различные инородные включения.

   Сваркой трением хорошо соединяются полиэтилен, полипропилен, полиоксиметилен, поливинилхлорид, полиамиды, полистирол и сополимеры на его основе, а также некоторые фторполимеры. Сваркой трением могут соединяться не только однородные, но также и разнородные пластмассы.

   Сварка  трением широко применяется для  соединения различных деталей, имеющих  форму тел вращения, а также  деталей любой формы, соединяемые поверхности которых находятся в одной плоскости, например, труб малых и средних диаметров, водопроводной арматуры, изделий сантехники, фильтров, резервуаров и др.

   

Рис. 12. Принципиальная схема сварки трением  с использованием вращения одной  детали (а), обеих деталей (б), вставки (в):

1- вращающаяся  деталь; 2- сварной шов; 3- неподвижная  деталь; 4- вставка 

5. Ультразвуковая сварка 

   Мощные  ультразвуковые колебания находят  широкое применение в промышленности, а также в науке для исследования некоторых физических явлений и свойств веществ. В технике ультразвук используют для обработки металлов и в дефектоскопии. Широко применяется в медицине. В сварочной технике ультразвук может быть использован в различных целях. Воздействуя им на сварочную ванну в процессе кристаллизации, можно улучшить механические свойства сварного соединения, благодаря измельчению структуры металла шва и удалению газов. Ультразвук снижает или снимает собственные напряжения и деформации, возникающие при сварке. Одним из наиболее перспективных применений ультразвука является ультразвуковая сварка (УЗС), получившая в последние годы большое развитие, как в нашей стране, так и за рубежом.

   Способ  разработан в 1958 г. учеными МВТУ им.Н.Э.Баумана  под руководством академика Николаева  Г.А.

   Основными отличительными чертами УЗС пластмасс  является:

   1) возможность сварки по поверхностям, загрязненным различными продуктами;

   2) локальное выделение теплоты  в зоне сварки, что исключает  перегрев пластмассы, как это  имеет место при сварке нагретым инструментом, нагретыми газами и т.д.;

   3) возможность получения неразъемного  соединения при сварке жестких  пластмасс на большом удалении  от точки ввода УЗ энергии; 

   4) возможность выполнения соединений  в труднодоступных местах;

   5) при УЗС нагрев материала до температуры сварки осуществляется быстро; время нагрева исчисляется секундами и долями секунды. 

   Способ  УЗС пластмасс заключается в  том, что электрические колебания  УЗ частоты (18-50 Кгц), вырабатываемые генератором, преобразуются в механические колебания сварочного инструмента - волновода и вводится в свариваемый материал. Здесь часть энергии механических колебаний переходит в тепловую, что приводит к нагреву зоны контакта соединяемых деталей до температур вязкотекучего состояния. Для обеспечения надлежащих условий ввода механических колебаний и создание тесного контакта свариваемых поверхностей прикладывается давление между волноводом и опорой. 6. Такой контакт обеспечивается статическим давлением Рст. рабочего торца волновода на свариваемые детали.

     Это давление способствует также  концентрации энергии в зоне  соединений. Динамическое усилие, возникающее  в результате колеблющегося волновода,  приводит к нагрузку свариваемого  материала, а действие статического  давления обеспечивает получение  прочного сварного соединения. Механические колебания и давление в этом случае действуют по одной линии перпендикулярно к свариваемым поверхностям. Такая схема ввода энергии применяется для УЗС пластмасс в отличие от "металлической схемы, когда механические колебания действуют в плоскости соединяемых поверхностей, а давление перпендикулярно к ним. Подвод энергии от волновода может быть односторонним и двусторонним.

   Различают сварку ультразвуком в ближнем и  дальнем поле. Первая позволяет сваривать  поверхности на расстоянии до 5 мм от места ввода в материал ультразвуковых колебаний. Вторая – до 250 мм. При сварке в ближнем поле для равномерного распределения энергии по всей площади контакта свариваемых деталей необходимо. Чтобы площадь и форма рабочего торца инструмента-волновода и плоскости контакта свариваемых деталей были идентичны. Этот способ сварки наиболее часто применяется для сварки внахлестку. 

Рис. 13. Схем ы ультразвуковой сварки в ближнем поле:

а- прессовая  сварка; б- роликовая сварка; 1- волновод; 2- свариваемые детали; 3- опора 

     
 
 

Рис. 14. Схемы ультразвуковой сварки в дальнем  поле:

1- волновой  инструмент; 2- свариваемое изделие

    
Оптимальные параметры режима сварки зависят от свойств свариваемого материала, толщины и формы изделий  и других факторов и устанавливаются в каждом конкретном случае экспериментально к реальным изделиям. Оценка режима обычно проводится по показателям прочности сварного соединения. Кроме того, проверяют его на герметичность, деформацию и другие характеристики.  

6. Сварка токами высокой частоты. 

   Отличительными  особенностями высокочастотной  сварки пластмасс являются:

   Одновременный нагрев по толщине свариваемых материалов, близкий к равномерному. Что исключает  перегрев наружных поверхностей;

   Высокая скорость нагрева, позволяющая ограничивать время сварочного цикла несколькими секундами;

   Возможность изготовления за одну операцию изделий  со сложной конфигурацией сварного шва;

    Широкое использование  для соединения внахлест пленочных  полимерных материалов, синтетических  швейных материалов. 

Рис. 15. Схема высокочастотной сварки:

1, 5- плиты  пресса;

2,4 –  электроды;

3- свариваемые  материалы

    
 

При индукционной сварке нагрев закладного элемента осуществляется в электромагнитном высокочастотном поле с использованием индуктора, подключенного к генератору высокой частоты 

Рис. 16. Схема  индукционной сварки:

1, 3- свариваемые  изделия; 2- закладной нагревательный  элемент в виде проволоки; 4-                    индуктор; 5- генератор высокой частоты

 
 

   7. Сварка излучением. 

   Отличительными  особенностями сварки излучением являются отсутствие при нагреве прямого контакта между поверхностью излучателя и нагреваемо поверхностью4 возможность в широких пределах управлять режимами нагрева, изменяя мощность излучения и поглощающую способность облучаемого материала.