Технология сварки пласмасс нагретым газом
Сварку нагретым газом применяют для получения практически всех видов сварных соединений: стыковых, нахлесточных, угловых и тавровых. Типы швов, условные обозначения и размеры конструктивных элементов регламентированы ГОСТ 16310-70.
Стыковые швы без разделки кромок (рис.2.7, а) выполняют в основном при сварке листов или труб толщиной менее 4 мм. Между деталями необходим зазор 1-1,5 мм для лучшего заполнения сварного шва присадочным материалом, т.е. для лучшего провара по всей высоте шва. Сварку листов тол- щиной до 2 мм следует производить без зазора, чтобы уменьшить вероятность коробления листов. С этой же целью для сварки тонких листов используют текстолитовые прокладки, к которым листы прижимают с помощью струбцин или специальных приспособлений.
Сварку без разделки лучше проводить с двухсторонним наложением швов, обеспечивающим полный провар по всему сечению.
Стыковые швы с разделкой кромок (рис.2.7, б — д) применяют при толщине деталей от 4 до 20 мм. Обработка кромок выполняется фрезерованием, строганием, опиловкой. Используются одно- (рис.2.7, б) и двухсторонняя (рис.2.7, в) V-образная, а также Х-образная разделка (рис.2.7, г, д) без притупления кромок. Оптимальный угол раскрытия кромок лежит в пределах 50-90° и зависит от толщины и материала листов. Для листов толщиной 4-10 мм он составляет 70°, а для листов толщиной свыше 12 мм — 60° и меньше. Зависит угол раскрытия кромок и от свариваемого материала.
Рис.2.7. Конструкции сварных стыковых соединений
Большие углы раскрытия создают удобства для работы и уменьшают возможность непроваров, но увеличивают объем, заполняемый присадочным материалом (меньше производительность, больше деформации).
Х-образная разделка предпочтительнее, чем V-образная. Уменьшаются расход присадочного материала в 1,6-1,7 раза и величина сварочных деформаций.
Тавровые и угловые соединения. При толщине вертикального элемента менее 4 мм тавровые соединения выполняются без разделки кромок, а при толщине 4-20 мм с одно- или двухсторонней разделкой.
Угловые соединения, используемые при сварке днищ, крышек, фланцев и т.п., выполняются только с разделкой кромок. Это позволяет избежать непроваров вершины шва.
Нахлесточные соединения применяют редко ввиду меньшей механической прочности таких швов при растягивающих и изгибающих нагрузках. Прочность таких соединений в несколько раз меньше прочности соединений встык.
Основные технологические параметры режима сварки:
- температура и расход газа;
- материал, диаметр и форма сечения присадочного прутка;
- угол наклона прутка при укладке в разделку;
- давление, прикладываемое к прутку;
- угол наклона нагревателя (горелки) к плоскости свариваемого материала;
- скорость сварки.
Температура газа на выходе из сопла горелки обычно на 50-100 °С выше температуры вязкотекучего состояния свариваемых термопластов. Повышение температуры необходимо для компенсации потерь тепла газовой струи между соплом наконечника и поверхностью сварного шва, расстояние между которыми следует поддерживать постоянным и равным 5-8 мм.
Расход нагретого газа устанавливают обычно для горелок косвенного действия и с электронагревом — 1-2 м 3 /ч, а для горелок прямого действия 1-3,5 м 3 /ч. Малые расходы снижают производительность и приводят к непроварам.
Присадочный материал обычно выбирают того же состава, что и свариваемый материал. Часто пользуются прутками с добавками пластификаторов (для снижения вязкости). Однако такие прутки не следует применять при сварке изделий, работающих в агрессивных средах и при повышенной температуре, т.к. в процессе эксплуатации может происходить постепенное разрушение и выкрашивание пластификатора.
В некоторых случаях (например, при сварке полиметилметакрилата), когда интервал вязкотекучего состояния очень мал и велика вероятность деструкции, сварку выполняют прутками другого состава, например, прутками из пластифицированных прозрачных составов поливинилхлорида.
Для сварки нагретым газом выпускают прутки диаметром 2-6 мм, а также спаренные прутки в виде лент размером 2х3 мм. Следует стремиться выполнять шов меньшим числом прутков большего диаметра. Число проходов может быть уменьшено за счет применения профильных прутков с размерами, соответствующими размерам разделки. Перед сваркой прутки зачищают наждачной бумагой или циклевкой, что повышает прочность соединения.
Положение сварочного прутка и сопла горелки по отношению к поверхности шва существенно влияет на получение плотного и ровного шва с достаточной прочностью.
При угле наклона присадочного прутка больше 90° (рис.2.8, б) усилие давления на пруток раскладывается на две составляющие. Под действием горизонтального усилия пруток, уложенный в шов, удлиняется (при охлаждении может лопнуть). Так сваривают поливинилиденхлорид и полипропилен. При угле наклона меньше 90° (рис.2.8, в) пруток разогревается быстрее основного материала и на участке большей длины. Расход прутка увеличивается из-за его осадки при укладке в шов. При этом в шве возникают внутренние напряжения из-за продольного сжатия, и пруток изгибается с образованием на его поверхности волны. Прочность сцепления прутка с кромками уменьшается, и его можно легко отделить. Кроме того, при этом снижается скорость сварки. При сварке полиэтилена низкой плотности, пластифицированного поливинилхлорида и полиизобутилена пруток наклоняют под углом 45 –50°. Под прямым углом (рис.2.8, а) пруток держат при сварке непластифицированного поливинилхлорида, полиметилметакрилата, полиэтилена высокой плотности и др.
Перед сваркой пруток нагревают, отгибают под прямым углом и охлаждают на воздухе. Перед началом сварки пруток устанавливают на расстоянии 10-15 мм от начала шва (рис.2.8, г). При смене прутка отогнутую часть нового прутка укладывают на конец прерванного шва с перекрытием 10 мм (рис.2.8, д). Угол наклона продольной оси мундшт ука горелки к плоскости изделия вначале сварки должен быть 55-65°, а в процессе сварки уменьшается до 45О. Струя газа в течение большего времени должна быть направлена на основной материал, масса которого больше, чем масса присадочного материала. Манипулируя горелкой, сварщик направляет поток то на присадочный материал, то на основной.
Рис.2.8. Положение присадочного прутка и горелки при сварке
Давление на присадочный пруток выбирают в зависимости от диаметра и материала прутка, применяемого в качестве присадочного материала. Усилие прижима в процессе сварки должно оставаться постоянным и для предотвращения чрезмерного его удлинения должно быть небольшим и составлять 0,05d (в ньютонах), где d – диаметр прутка (в миллиметрах).
Скорость сварки зависит от толщины и типа свариваемого материала, температуры нагрева присадочного и основного материалов и составляет 4-15 м/ч. Для увеличения производительности процесса целесообразно применять предварительный подогрев присадочного и основного материалов.
Порядок укладки прутков при сварке зависит от толщины материала и формы разделки кромок.
Материал толщиной 1-2 мм сваривают за один проход. При толщине более 2 мм сварку выполнить за один проход не удается. Швы накладывают последовательно, обращая особенное внимание на приварку первого валика в основании корня шва и применяя для этого пруток меньшего диаметра, чем при сварке последующих проходов.
На рис.2.9 показана последовательность заполнения разделки (укладки швов) при выполнении V- и Х-образных соединений. Для первого шва часто берут пруток диаметром 2-3 мм. Для последующих — больше 3 мм. Такая технология исключает появление трещин в швах при сварке изделий большой толщины и в узлах большой жесткости.
Рис.2.9. Последовательность укладки присадочного прутка при сварке
Источник
Сварка пластмасс нагретым газом
Отличительной характеристикой способа сварки пластмасс нагретым газом является подвод тепла непосредственно к соединяемым поверхностям и последовательно от одного участка шва к другому. Наряду с последовательной сваркой возможна также сварка по всей поверхности шва за один прием. Сварку с помощью нагретого газа можно осуществлять с применением присадочного материала (прутка) и без присадочного материала.
Данным методом сварки можно соединять детали практически любых размеров и конфигураций , из поливинилхлорида, полиолефинов, полиметилметакрилата, полистирола, полиамидов, пентапласта, полиформальдегида в любых условиях сварочного производства. В применяемых при сварке нагревательных устройствах (нагревателях) газ-теплоноситель нагревают при помощи электроэнергии или газового пламени. В качестве газа-теплоносителя чаще всего служит воздух,а при сварке термопластов, которые подвержены сильной термоокислительной деструкции – инертные газы, главным образом, азот.
Недостатки способа сварки пластмасс нагретым газом:
- низкая производительность;
- высокая стоимость работ;
- сложность поддержания постоянных режимов сварки и обеспечения стабильности качества сварных соединений.
При изготовлении химической аппаратуры и емкостей, сварке линолеума, облицовке хранилищ для агрессивных жидкостей широко применяется сварка нагретым газом с использованием присадочного материала (рисунок 1).
Сварка нагретым газом с применением присадочного материала
Основные типы и конструктивные элементы выполняемых швов сварных соединений листов из поливинилхлорида и полиэтилена толщиной от 2 до 20 мм (рисунок 2), их размеры, размеры швов и их предельные отклонения должны соответствовать ГОСТ 16310-80.
Выбор типа шва обусловлен главным образом толщиной и свойствами свариваемых материалов, особенностями свариваемых конструкций и условиями нагружения в процессе эксплуатации. Качество сварных соединений существенно зависит от:
- типа сварного шва;
- подготовки изделия к сварке;
- положения нагревателя в процессе сварки;
- угла наклона прутка при подаче в шов;
- температуры;
- расхода и давления газа-теплоносителя;
- скорости и порядка укладки прутка в шов;
- расстояния от наконечника нагревателя до свариваемых поверхностей;
- усилия вдавливания размягченного прутка;
- диаметра присадочного прутка;
- диаметра отверстия наконечника нагревателя;
- а также от соблюдения сварщиком технологических приемов и режимов сварочного процесса.
Сварка швов стыковых соединений деталей толщиной до 4 мм возможна без подготовки кромок, однако для обеспечения равномерного провара рекомендуется оставлять зазор в вершине шва шириной до 1 мм. С этой же целью при сварке стыковых, тавровых и угловых соединений деталей толщиной свыше 4 мм между краями деталей оставляют в вершине шва зазор 0,5- 1,5 мм. При сварке стыковых, угловых и тавровых соединений, особенно при толщине вертикальной стенки свыше 4 мм, для повышения прочности соединения производится скос кромок одного либо обоих свариваемых листов с одной (V-образный шов) или с двух сторон (Х-образный шов) (табл. 1). Х-образные швы более прочные, чем V-образные, так как благодаря их симметричному строению при воздействии растягивающих и изгибающих нагрузок в них не возникают дополнительные изгибающие моменты, кроме того, они требуют в 1,6- 1,7 раза меньше расхода присадочного материала, следовательно, могут быть выполнены за меньшее число проходов. При сварке нахлесточных и стыковых соединений с накладкой кромки не скашивают.
Наибольшей механической прочностью обладают стыковые соединения. Нахлесточные соединения применять не рекомендуется, так как при одной и той же толщине изделий прочность этих соединений в 6 раз меньше, чем стыковых.
В процессе сварки очень важно обеспечить правильное положение присадочного материала по отношению к поверхностям шва. Для непластифицированного поливинилхлорида, полиэтилена низкого давления, полипропилена и пентапласта присадочный материал рекомендуется держать под углом 90° к поверхности шва. Если угол наклона меньше 90°, 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 90°, то пруток, уложенный в шов, удлиняется, вследствие чего при охлаждении может разорваться. При сварке мягких пластмасс (пластифицированный поливинилхлорид, полиэтилен высокого давления) лучшие результаты достигаются, если угол между прутком и поверхностью равен 120°. В процессе укладки в шов сварочный пруток не должен увеличивать свою длину более чем на 15 % по сравнению с исходной.
Угол подвода наконечника нагревателя к поверхности сварного шва должен составлять (26 ± 6)° при толщине свариваемых деталей до 5 мм и (39 ± 6)° при толщине деталей более 5 мм.
Температура газа на выходе из наконечника нагревателя должна быть на 50-100 °С выше, чем температура текучести полимера, так как на участке между наконечником и свариваемой поверхностью теплоноситель охлаждается. Давление газа может изменяться в пределах 0,035-0,1 МПа.
Струю газа, нагретого до необходимой температуры, направляют колебательными движениями нагревателя на свариваемые кромки деталей и пруток. Скорость укладки прутка (обычно 0,1-0,2 м/мин), зависящая от температуры газа, с увеличением диаметра прутка уменьшается, однако общая скорость заполнения шва (скорость сварки) при этом возрастает. Повышению производительности процесса в 3-4 раза и более способствует предварительный подогрев основного и присадочного материалов. Такая сварка называется скоростной и преимущественно применяется для соединения плоских и цилиндрических изделий, имеющих швы большой протяженности. При скоростной сварке возможен прижим прутка роликом или насадкой, укрепленными на нагревателе. При использовании предварительно подогретого прутка, сечение которого соответствует профилю шва, возможна сварка за один проход, т. е. отпадает необходимость в укладке нескольких прутков.
Расстояние от наконечника нагревателя до свариваемых поверхностей должно составлять (5 ± 2 ) мм, расход газа-теплоносителя через 1 мм площади сечения наконечника – (5 ± 1,5) л/мин. Усилие вдавливания прутка в шов на 1 мм 2 площади сечения прутка для полиэтилена низкого давления, полипропилена, непластифицированного поливинилхлорида и пентапласта составляет (3 ± 1) Н, а для полиэтилена высокого давления – (2 ± 1) Н. Для мягких присадочных прутков, не выдерживающих осевого давления, применяют прикаточные ролики, усилие вдавливания которых в сварной шов составляет (20 ± 10) Н.
Для уменьшения коробления изделий при сварке присадочный материал укладывают в шов в определенном порядке (рис. 3). Каждый последующий ряд укладывают после естественного охлаждения предыдущего до температуры не выше 40 °С. Число рядов проходов на практике принимается на один больше, чем толщина основного материала в мм.
При выполнении V-образного стыкового и углового шва в конце сварки Делают проход с обратной стороны шва (со стороны корня шва), предупреждая этим “непровар” отдельных участков (предварительно рекомендуется разделка корня шва специальным резаком со скругленным торцом). Зачистка выступающих над поверхностью изделия валиков шва не требуется.
Применяемый для сварки присадочный материал выпускается в виде прутков круглого сечения диаметром 2; 2,5; 3; 4 и 6 мм, а также в виде спаренных прутков толщиной 2; 2,5 и 3 км по ТУ 6-05-1160-75 «Прутки сварочные из непластифицированного поливинилхлорида» и ТУ 6-05-1698-74 «Прутки сварочные из полиолефинов». Выбор присадочных прутков осуществляется в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на производство сварочных работ.
Диаметр прутка должен подбираться в зависимости от толщины свариваемого материала, геометрии сварочного шва, скорости сварки и требуемой прочности соединения. С увеличением диаметра прутка сокращается время, необходимое для заполнения разделки, и увеличивается прочность сварного соединения. Однако применение прутков диаметром более 4-5 мм нежелательно, так как обеспечить их равномерный прогрев при сварке невозможно. Обычно корень шва заполняют прутком диаметром 2 мм, далее при толщине свариваемого материала менее 4 мм шов заполняют прутком диаметром 3 мм, а при толщине материала более 4 мм – прутком диаметром 4 мм.
Диаметр наконечника на выходе теплоносителя должен превышать диаметр одинарного прутка или ширину двойного прутка на (0,5 ± 0,25) мм.
Сварка нагретым газом без присадочного материала
Сварка без присадочного материала выполняется по непрерывной или периодической схеме. В первом случае соединяемые поверхности нагревают последовательно отдельными участками, во втором – одновременно. Прочность соединений, получаемых без применения присадочного материала, выше, чем с его применением, и достигает 80 – 90 % прочности основного материала, при этом удельная ударная вязкость материала почти не снижается. Данный способ сварки используется главным образом для соединения плоских изделий прямолинейным швом. Температура сварки такая же, как и с присадочным материалом, а скорость сварки повышается в 10-15 раз.
Сварка листовых термопластов осуществляется преимущественно соединением на «ус» (рис. 4), для чего кромки листов перед сваркой срезают под углом 20-25° (при такой подготовке сварное изделие имеет одинаковую толщину во всех сечениях). Нагреватель устанавливают в таком положении, чтобы газовая струя попадала в створ угла, образуемого свариваемыми листами, и направлялась на срезанные кромки шва. Для равномерного нагрева материала наконечник нагревателя должен иметь прямоугольное сечение. Давление сварки осуществляется двумя последовательно расположенными парами роликов, с помощью которых осуществляется равномерное перемещение свариваемых листов.
Существует три способа сварки пленочных термопластов:
- нагревом соединяемых поверхностей пленок (прямым нагревом);
- односторонним нагревом внешней поверхности пленок по месту шва (косвенным нагревом);
- оплавлением пленок по месту их соединения.
При прямом нагреве нагретый газ попадает в створ угла, образуемого свариваемыми пленками, которые после нагрева свариваемых поверхностей прикатываются друг к другу специальными роликами.
При косвенном нагреве свариваемых поверхностей пленок струя газа создает одновременно и давление, необходимое для их сварки (рис. 5). Для исключения разрывов нагрев пленок производится на упругой подложке, а зона разогрева ограничивается двумя натянутыми на роликах бесконечными стальными лентами, расстояние между которыми определяет ширину сварного шва.
При прямом и косвенном нагреве качество сварных соединений и скорость сварки в значительной степени зависят от расстояния между наконечником нагревательного устройства и нагреваемой поверхностью свариваемых пленок, расхода и температуры газа-теплоносителя.
При сварке оплавлением соединяемые пленки накладывают друг на друга и зажимают между двумя ограничительными губками (пленки свариваются по оплавляемым кромкам) или двумя парами губок (пленки свариваются двумя швами с одновременным разделением по линии их оплавления между губками) (рис. 6). Этот способ пригоден для соединения пленок из материалов, которые при нагревании становятся достаточно жидкотекучими и сплавляются без приложения давления (пленки из полиамида, полиэтилентерефталата, полиэтилена высокого давления и др.). В практике для оплавления кромок часто применяют источник открытого пламени. В этом случае сварные швы характеризуются высокой прочностью, но обладают низкой морозостойкостью.
Читайте также: Сварка пластмасс
Источник
