Назовите способы сварки пластмасс с генерированием тепловой энергии

Сварка термопластичной пластмассы: описание и технология для разных способов соединения пластика

Сварка пластика осуществляется за счет диффузии макромолекул полимеров, а именно из-за их диффузионно-реологических и химических реакций между собой с применением нагревательных устройств. Для сварки подходит только термопластичный вид пластмассы.

Термопластичные виды пластика

Термопласты при нагревании становятся пластичными, а в охлажденном состоянии обратно принимают свою форму, не теряя первоначальных свойств. Температура их нагрева зачастую в пределах 140-240 о С, перегрев приводит к разложению пластмассы.

Виды термопластичной пластмассы:

• полиэтилен (с высокой плотностью менее прочен и теплоустойчив по сравнению с полиэтиленом низкого давления);
• поливинилхлорид (хорошая диэлектрическая проницаемость);
• фторопласт (высокая устойчивость к агрессивным химическим средам);
• полипропилен (самые маленькие показатели плотности среди всех видов пластмасс, твёрдый и термостойкий, температура плавления 175 о С);
• полистирол (хрупкий, низкая теплостойкость 80 о С);
• полиметилметакрилат (органическое стекло, обладает антикоррозийными и диэлектрическими свойствами, небольшая механическая прочность);
• полиэтилентерефталат (температура плавления 260 о С, разложения 350 о С, не растворяется в органических растворителях и воде);
• поликарбонат (большой коэффициент теплового расширения, пластичный и прочный, неустойчив к УФ-излучению длительного характера);
• полиамиды (нейлон, капрон обладают износостойкостью с высокой поверхностной твердостью).

У каждого вида свой собственный температурный режим плавления и разложения. Для сварочного соединения подходит только пластмасса одного вида.

1. Прочность в разных температурных диапазонах.
2. Диэлектрическая способность (не у всех видов).
3. Стойкость к механическому износу.

Для сварки пластмассы обязательна респираторная защита дыхательных путей, т. к. в процессе нагрева из пластика выделяется достаточно много вредных веществ.

Применяемые способы сварки термопластов

Процесс сваривания термопласта может быть выполнен: термопистолетом или феном, с помощью экструдера или контактным способом сварки. Особенность данного процесса в том, что материал нагревается до вязко-текучего состояния, при этом используется небольшое давление.

Перед сваркой (любым способом) необходимо подготовить пластик, а именно произвести очистку от загрязнений или повреждений примерно за 20 минут до начала работ.

Присадочный стержень выбирается, согласно химическому составу, подходящему к основному свариваемому пластику. Важно помнить, что присадочные прутки для пластика становятся хрупкими при температуре менее +15 о С. Прутки могут быть разной формы среза: круглые, треугольные.

Примерная стоимость сварочных прутков на Яндекс.маркет

Использование фена или термопистолета

Ручной аппарат подачи горячего воздуха популярен, благодаря своей удобности использования в разных условиях, в том числе и бытовых. В данную группу входят строительные фены, так называемые термопистолеты с возможностью нагрева воздуха до высоких температур. Применяют данную технологию сварки для материалов с толщиной от 1 мм до 10 мм. Если дополнительно используют сварочный пруток, то его также нагревают нагретым воздухом. Сварочные пистолеты иногда используют вместе с паяльником.

Выделяют два способа сварки с помощью устройств подачи горячего воздуха:

1. Сварка с использованием присадочного материала (встык).
2. Сварка термопластов внахлест, без сварочных прутков.

Сварочный фен имеет специальные насадки:

• фиксирующие, для зажима сварочных изделий перед сваркой;
• щелевые, для кровельных материалов;
• формировочные, для сварки пластмассы большого размера.

Благодаря насадкам, фен можно использовать для разного вида конструкций по сравнению с термопистолетом. Термопистолет чаще служит для сварки термопластичных пластмасс внахлест, а с помощью фена соединение материалов осуществляется встык с добавлением присадочного стержня в область сварочного шва.

Примерная стоимость строительных фенов на Яндекс.маркет

Особенности работы с феном или термопистолетом:

1. Диаметр присадочного материала не должен быть более 4 мм, чтобы нагреться за короткий промежуток времени.
2. Процесс сваривания необходимо выполнять достаточно быстро, чтобы избежать разложения материала.
3. Строгое выдерживание температурного режима, согласно виду термопласта. На качество работы влияет как перегрев, так и недогрев.

• термопистолет или строительный фен;
• присадочный материал;
• респиратор и перчатки.

Сварка пластика с помощью экструдера

Использование экструдера для сварки пластика считается наиболее удобным и экономным. Экструдер подает в сварочный шов уже расплавленную (размягченную) массу, которая придавливается направляющим соплом. Данное устройство используют для соединения изделий с большой толщиной.

Преимущества работы с экструдером:

• меньший расход энергии;
• улучшенный способ теплопередачи;
• не нужно использоваться прижимающие приспособления;
• полный контроль над качеством сварочного шва.

Сварка экструдером начинается с подготовки изделия (очистки), далее происходит плотная стыковка участков сварки (можно выполнить это вручную). Процесс сваривания можно производить в умеренно быстром темпе, обязательно установить температурный режим для термопластичного вида пластика. После завершения работы деталь должна находиться в неподвижном состоянии до своего полного остывания.

• экструдер;
• присадочный материал для пластмассы;
• защитные элементы (респиратор, перчатки).

Примерная стоимость экструдера на Яндекс.маркет

Применение контактной сварки

Принцип работы контактной сварки заключается в том, что зона соединения нагревается до вязкого состояния полимера с помощью нагревающего устройства, передающего тепло напрямую во время контакта с поверхностью.

Существуют три способа контактной сварки:

1. Проплавление материалов — устройство соприкасается с внешней поверхностью, и таким образом тепло подается в область соединения через толщину поверхности. Подходит для полимерных листов маленькой толщины или пленок.
2. Оплавление полимеров — используют для труб, трубопроводов.
3. Термоимпульсная сварка выполняется посредством нагревательных элементов, через которые проходят короткие, но сильные импульсы тока. Продолжительность импульса от 0,1 до 1 секунды, в паузах между импульсами область сварочного шва соединяется под давлением.

Импульсная контактная сварка показывает достаточно высокие показатели соединений (90%-100% прочности).

• стационарные машины для контактной сварки;
• настольные машины;
• ручные или подвесные клещи;
• модульная аппаратура.

Источник

Сварка пластмасс

Сварка пластмасс – это технологический процесс получения неразъемного соединения элементов конструкции посредством диффузионно-реологического или химического взаимодействия макромолекул полимеров, в результате которого между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела и образуется структурный переход от одного полимера к другому.

Классификация способов сварки пластмасс

По механизму процесса сварку пластмасс можно разделить на диффузионную и химическую; по методам активирования процесса — на тепловую сварку, сварку растворителями и сварку комбинированием нагрева и действия растворителей (рис. 1).

Сварка пластмасс растворителями

При сварке с растворителями необходимая подвижность молекулярных цепей создается за счет набухания контактирующих поверхностей в растворителе или смеси растворителей. Подразделяется она на сварку чистым растворителем (или смесью растворителей), лаковой композицией (раствором полимера в растворителе) и полимеризующейся композицией (раствором полимера в мономере).

Тепловая сварка пластмасс

Тепловая сварка имеет наибольшее число разновидностей. Классифицировать ее можно по различным критериям:

• способам передачи тепловой энергии;
• степени механизации;
• по области применения;
• в зависимости от источника энергии.

Однако наиболее точно отражает современное состояние технологии сварки пластмасс классификация разновидностей тепловой сварки в зависимости от источника нагрева.

При этом выделяют две группы сварки: с использованием внешнего теплоносителя и с генерированием тепла внутри свариваемого материала за счет преобразования различных видов энергии.

Сварка пластмасс с использованием внешнего теплоносителя

Группа способов сварки пластмасс с использованием внешнего теплоносителя подразделяется на сварку нагретым газом, нагретым инструментом и расплавом.

Сварка нагретым газом

Сварка нагретым газом производится путем одновременного разогрева свариваемых изделий струей горячего газа-теплоносителя, нагреваемого в специальном устройстве. Сварку нагретым газом выполняют с применением присадочного материала и без него, вручную или с использованием специальных приспособлений для механизации процесса сварки. Применяется присадочный материал в виде прутков с различной формой сечения. При сварке по классической схеме нагревательное устройство совершает колебательные движения в плоскости, образованной направлением шва и осью присадочного прутка. Сварочный пруток прижимают и удерживают рукой, если он достаточно жесткий или при помощи ролика, если пруток мягкий. Применяя специальные насадки на нагревательное устройство, обеспечивают одновременный подогрев свариваемых кромок и прутка, при этом пруток втягивается в отверстие насадки при перемещении устройства вручную вдоль шва и прижимается к кромкам выступом на насадке. Сварка без присадочного материала может производиться с подводом тепла непосредственно к свариваемым поверхностям (прямой метод) или с подводом тепла к внешней поверхности деталей (косвенный метод).

Сварка нагретым инструментом

Сварка нагретым инструментом основана на оплавлении поверхностей сварки путем их прямого соприкосновения с нагреваемым инструментом. Подразделяется на сварку инструментом, удаляемым из зоны сварного шва (с подводом тепла как с внешней стороны деталей, 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. В настоящее время нашли применение ленточная, роликовая, прессовая и термоимпульсная сварка. 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 осуществить шаговую сварку. При термоимпульсной сварке используют малоинерционный нагреватель (лента или проволока), по которому периодически пропускают электрический ток; после отключения электроэнергии сварной шов быстро охлаждается.

Из применяемых способов сварки с подводом тепла к соединяемым поверхностям известны сварки:

• стыковая;
• раструбная(используется преимущественно для соединения труб);
• сварка нахлесточных соединений (используется для соединения тонкостенных изделий и пленок);
• сварка с одновременным формованием изделий(в паз или с изгибанием деталей).

При стыковой и раструбной сварке после оплавления свариваемых поверхностей изделия разводятся, инструмент убирается, а оплавляемые поверхности соединяются под небольшим 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 нахлесточных соединений можно осуществлять одновременным нагревом соединяемых поверхностей по всея длине, а также, перемещая инструмент или свариваемые изделия. Наибольшее распространение получил способ сварки с механизированной подачей свариваемых изделий и неподвижным нагревательным инструментом.

Из способов сварки элементом, остающимся в сварном шве, практическое применение нашли сварка электросопротивлением и индукционная сварка. Сварка электросопротивлением основана на применении закладных нагревательных элементов с высоким электрическим сопротивлением. Закладные элементы в виде сетки или спирали вводятся между соединяемыми поверхностями. При пропускании по закладному элементу электрического тока соединяемые поверхности оплавляются.

При индукционной сварке нагрев закладного элемента происходит в электромагнитном высокочастотном поле, а в качестве нагревательного элемента используются металлические вкладыши или порошки оксидов металлов.

Сварка пластмасс расплавом

Сварка расплавом основана на использовании тепла расплавленного присадочного материала, подаваемого между соединяемыми поверхностями и передающего часть своего тепла материалу соединяемых изделий, что ведет к его плавлению и получению неразъемного соединения. Подразделяется на сварку экструдируемой присадкой, расплавленным прутком и литьем под давлением, которые могут выполняться как с предварительным подогревом свариваемых поверхностей нагретым газом или теплоотдачей от мундштука сварочного устройства, так и без подогрева.

При сварке экструдируемой присадкой (экструзионной сварке) расплав получается с помощью экструдера, обеспечивающего непрерывную подачу расплава, а в качестве исходного сырья используется гранулированный материал. При сварке расплавленным прутком расплав получается из присадочного прутка путем его нагрева в устройствах прямоточного типа, откуда расплав выдавливается непрерывно поступающим еще не нагретым присадочным прутком, который сматывается с бухты и подается в нагревательный цилиндр с помощью специальных тянущих роликов. При сварке литьем под давлением для получения расплавленного присадочного материала применяются литьевые машины.

Сварка пластмасс с генерированием тепла внутри свариваемого материала

Группа способов сварки пластмасс с генерированием тепла внутри свариваемого материала путем преобразования различных видов энергии подразделяется на сварку трением, сварку ультразвуковую, сварку высокочастотную и сварку излучением.

Сварка пластмасс трением

Сварка трением основана на получении тепловой энергии для оплавления свариваемых поверхностей за счет трения. Очень низкая теплопроводность, характерная для термопластов, способствует сохранению тепла лишь в зоне трущихся поверхностей, в то время как температура всего изделия остается практически неизменной. Разделяется на сварку вращением (вращение соединяемых деталей; вращение промежуточных элементов) и вибротрением.

Ультразвуковая сварка пластмасс

Ультразвуковая сварка основывается на нагреве свариваемых поверхностей до температуры размягчения в результате превращения энергии колебаний ультразвуковой частоты в тепловую энергию, при этом механические колебания ультразвуковой частоты и давление действуют по одной линии, перпендикулярно к соединяемым поверхностям. В зависимости от взаимного перемещения инструмента и деталей подразделяется на прессовую сварку (точечная, прямошовная, контурная) и роликовую сварку (сварка непрерывным и прерывистым швом). Ультразвуковая сварка может классифицироваться также и по другим признакам: в зависимости от способа подведения энергии, наличия присадочного материала, а также в зависимости от способа дозирования энергии.

Высокочастотная сварка пластмасс

Высокочастотная сварка пластмасс основана на диэлектрическом нагреве материала в высокочастотном электромагнитном поле в результате преобразования электрической энергии в тепловую. В зависимости от схемы взаимного перемещения инструмента и свариваемых изделий высокочастотная сварка подразделяется на прессовую и роликовую. Может выполняться в основном поле и в поле рассеивания с нагревом соединяемого материала или материала прокладок, располагаемых как снаружи свариваемых деталей, так и между ними.

Сварка пластмасс излучением

Из разновидностей сварки излучением, отличающихся друг от друга источником и характером излучения, используется световая сварка с применением и без применения присадочного материала, сварка лазерная и сварка инфракрасном излучением с подводом тепла непосредственно к соединяемым поверхностям (прямой метод) или к внешней поверхности соединяемых изделий (косвенный метод). Более широко применяется сварка инфракрасным излучением, которая основывается на свойстве термопластичных материалов поглощать падающие на них инфракрасные лучи и превращать электромагнитную энергию в тепловую.

Источник