ПМ.07. Сварка ручным способом с внешним источником нагрева деталей из полимерных материалов
Тема № 24, №25: Техника и технология сварки нагретым газом, сварки нагретым инструментом, экструзионной сварки стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций
Сварку нагретым газом осуществляют с использованием присадки или без нее. При сварке с присадкой нагретым газом, подаваемым в специальную горелку, разогревают кромки и часть присадочного материала, который подают в сварочную зону. Присадочный материал в некоторых случаях прижимают к кромкам специальным роликом. Наиболее часто в качестве нагретого газа используют воздух.
При сварке без присадки размягченные кромки сдавливают. Поэтому наиболее рациональным типом соединения в этом случае будут нахлесточные, например, при сварке пленочных материалов. Сварка нагретым газом применяется для соединения деталей из поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена, полиамидов, полистирола, винипласта и т.п.
Сварка экструдируемой присадкой (расплавом):
Схемы сварки но бесконтактному и контактному экструзионному способу приведены на рис. 1.1.
В первом случае расплавленный материал из экструдера подается в свариваемый зазор, нагревает кромки до свариваемой температуры и, застывая, прочно соединяет их. С помощью ролика свариваемый шов прокатывают, что улучшает его прочность и форму.
Рис. 1.1. Схема бесконтактной (а) и контактной (б) экструзионной сварки расплавом:
1 —.экструдер; 2 — мундштук экструдера; 3 — свариваемые стали;
4 — прокатывающий ролик
Во втором случае мундштук экструдера касается кромок и за счет этого повышается эффективность использования тепловой энергии. Мундштук экструдера выполняет роль прижимного ролика, обеспечивая необходимый контакт присадочного материала с поверхностью кромок. При толщине кромок более 3 мм их разделывают, применяя V- или Х-образную разделку.
Сварка нагретым инструментом основана на оплавлении поверхностей, путем их прямого соприкосновения с нагреваемым инструментом. Подразделяется на сварку инструментом, удаляемым из зоны сварного шва (с подводом тепла как с внешней стороны де талей, так и непосредственно к соединяемым поверхностям), и сварку элементом, остающимся в сварном шве.
При сварке косвенным методом нагретый инструмент соприкасается с внешними поверхностями соединяемых деталей, а тепло передается к перекрывающим друг друга свариваемым поверхностям за счет теплопроводности свариваемого материала. Применяются ленточная, роликовая, прессовая и термоимпульсная сварки. При ленточной сварке для нагрева свариваемых изделий и создания давления используется нагретый инструмент в виде ленты, а при роликовой - в виде ролика. При прессовой сварке для создания необходимого сварочного давления применяются сварочные прессы, позволяющие осуществлять шаговую сварку. При термоимпульсной сварке используют малоинерционный нагреватель (лента или проволока), по которому периодически пропускают электрический ток; после отключения электроэнергии сварной шов быстро охлаждается. Среди способов сварки с подводом тепла к соединяемым поверхностям применяются стыковая и раструбная технология сварки, сварка нахлёсточных соединений.
При стыковой и раструбной сварке после оплавления свариваемых поверхностей изделия разводятся, инструмент убирается, а оплавленные поверхности соединяются под не большим давлением и свариваются. При стыковой сварке соединяются торцы изделий, а в качестве нагревательного инструмента применяется плоский или профилированный диск (кольцо). При раструбной сварке соединяются внутренняя поверхность раструба и наружная поверхность трубы, а нагревательный инструмент имеет два рабочих элемента: гильзу для оплавления наружной поверхности конца трубы и дорн для оплавления внутренней поверхности раструба.
Сварку нахлёсточных соединений можно осуществлять одновременным нагревом соединяемых поверхностей по всей длине, а также - перемещая инструмент или свариваемые изделия. Применяется способ сварки с механизированной подачей свариваемых изделий и неподвижным нагревательным инструментом.
При сварке пластмасс применяют различные виды соединений: встык с односторонним и двусторонним скосом кромок под углом 35-45°; внахлестку; тавровые; угловые без скоса и со скосом кромок. Наиболее распространено соединение встык. Шов с двусторонней разделкой кромок обеспечивает более равномерное распределение теплоты и поэтому он прочнее шва с односторонней разделкой кромок. Шов внахлестку в несколько раз менее прочен, чем стыковой, и поэтому применяется лишь в отдельных случаях, например при сварке стыков труб с отбортовкой. Сварка термопластов основана на доведении прутка и свариваемого материала до температуры их размягчения, когда они в вязком состоянии способны склеиваться при небольшом усилии сжатия.
Сварщик должен подавать пруток под углом 90° к поверхности шва. Если этот угол более 90°, то пруток вытягивается и при охлаждении его происходят разрывы; при меньшем угле пруток нагревается быстрее на более длинном участке и не успевает привариваться к свариваемым кромкам или ранее уложенным пруткам. Скорость укладки прутка диаметром 3 мм должна составлять 12-15 м/ч, для того чтобы происходило хорошее сваривание прутка и основного материала и обеспечивалась достаточная прочность соединения.
Угол между осью сопла горелки и прутком определяется толщиной свариваемого листа: при толщине до 5 мм этот угол равен 20-25°, при толщине 10-20 мм 30-45°. Расстояние между наконечником и поверхностью шва необходимо по возможности поддерживать постоянным (5-8 мм). При правильном положении горелки и необходимой температуре нагрева основной материал по обе стороны укладываемого прутка должен “закипать”. Усилие давления на пруток необходимо стремиться создавать равным: для прутка диаметром 2-3 мм 1-6 кгс, диаметром 4-5 мм 2,2-3 кгс.
После сварки изделие следует подвергать медленному охлаждению на воздухе. При быстром охлаждении возможно растрескивание соединения вследствие различной и неравномерной усадки основного материала и присадочного прутка. В зависимости от квалификации сварщика прочность сварного соединения винипласта может колебаться от 30 до 90% прочности основного материала.
Применение прутков при сварке пластмасс снижает производительность процесса для газовой горелки до 15-20 м/ч, для электрической - до 10-12 м/ч. При этом данный метод имеет еще тот недостаток, что ударная вязкость шва и основного материала на границе сварного шва получается примерно в 12 раз ниже ударной вязкости основного материала и не превышает 1 МДж/м2 (10 кгс•м/см2).
Для повышения производительности процесса и прочности сварного соединения применяют беспрутковый метод сварки пластмассовых листов. Он состоит в том, что свариваемые листы срезают по кромкам под углом 20° и складывают внахлестку. Затем листы нагревают до температуры 250-300°С воздухом, подогреваемым в электрической горелке, и сжимают валиками, облицованными слоем резины. Струю воздуха направляют непрерывно на срезанные кромки листов и горелку перемещают впереди валиков вдоль свариваемых кромок. Скорость сварки для винипласта толщиной 3-12 мм составляет 120-200 м/ч. Листы равномерно нагреваются до температуры 60-70°С на ширине 300-400 мм. Прочность сварного соединения при этом достигает 80-90% прочности основного материала, а производительность в 10-15 раз выше, чем при прутковом способе. Ударная вязкость, материала после сварки почти не снижается.
При сварке полиэтилена, полихлорвинила (так называемых мягких термопластов) пруток для повышения прочности соединения прикатывают специальным роликом.
Контрольные вопросы:
- Техника и технология сварки нагретым газом стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций
- Техника и технология сварки нагретым инструментом стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций
- Техника и технология экструзионной сварки стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых сварных соединений различных деталей и конструкций