Укажите тип оборудования для экструзионной сварки по способу подачи расплава

Что такое экструзионная сварка и как она выполняется

Экструзионная сварка – это способ соединения полимерных материалов с помощью нагрева и применения специальных присадок, подающихся на сварной шов. Данный способ позволяет соединять как пленки, так и трубы или другие толстостенные детали, а производительность и качество шва у данного вида сварки выше, чем при соединении пластмасс с помощью горячего газа.

Сварка экструзионным методом применяется в разных отраслях промышленности, где используются большие объемы полимерных материалов:

• Производство емкостей из пластика (кессоны, баки, канистры).
• Строительство безнапорных трубопроводов и водных резервуаров.
• Изготовление пластиковых корпусов в приборостроении.

Преимущественно данный способ сварки применяется при соединении пластмасс толщиной более 6 мм, но возможно и использование его для соединения полимерных пленок.

Оборудование

Для проведения экструзионной сварки применяется специальный аппарат, который называется экструдером. Приспособление для сварки вручную напоминает электродрель со специальной насадкой и нагревающим устройством, поэтому его называют экструзионным пистолетом.

Внутри экструдера установлен шнек, в котором присадка нагревается от корпуса экструдера, превращается в вязкую однородную массу и через башмак подается на сварной шов. Присадка может подаваться в устройство либо в виде проволоки, разматываемой с катушки, либо в виде гранул, поступающих через бункер.

Башмак – это часть аппарата, которая прижимается к соединяемым деталям и выполняет роль своеобразного утюга, придавливающего присадочный материал и не позволяющего ему растекаться в других направлениях. Изготавливается это устройство из тугоплавких полимеров (фторопласт, политетрафторэтилен), и для каждого типа и размера шва применяется собственный башмак. Нос башмака должен повторять форму соединяемых поверхностей, но не должен их касаться.

Через башмак (или независимо) подается горячий воздух для нагрева соединяемых поверхностей. Таким образом, нагрев происходит непосредственно перед подачей присадки. Современные экструдеры могут регулировать температуру воздуха и температуру присадочной массы.

В зависимости от назначения, мощности и производительности существуют различные группы экструдеров, несколько различающиеся по конструкции. Например, для производства пластиковых емкостей применяются аппараты, у которых сопло подачи воздуха установлено справа, и сварка осуществляется строго слева направо.

Большинство экструдеров выпускаются со шнеком, но существуют так же и безшнековые (плунжерные) аппараты. Присадочный материал из них выталкивается за счет давления нерасплавленного прутка. Главным недостатком такого типа экструдера является низкая производительность, но зато им можно работать в труднодоступных местах.

Цена профессионального оборудования стартует от 30 тысяч рублей, а самые «продвинутые» модели для промышленной сварки могут стоить порядка ста тысяч рублей. При этом следует учитывать, что для экструдеров западных фирм подходят проволока или гранулы только от производителя либо одобренных фирм. Отечественные аппараты менее требовательны к качеству присадок.

Теоретические основы

Экструзионная сварка применима только к материалам с большим диапазоном температуры, при которой сохраняется их вязко-текучее состояние, таким как полиэтилены, фторлоны, пластифицированный поливинилхлорид, полистирол. Такие материалы, способные нагреваться при температуре выше температуры текучести, называются термопластами. Диапазон температур между плавлением и термодеструкцией (разрушением материала) у термопластов составляет 50-180°С градусов.

Прочность соединения, полученного экструзионным способом, достигает 80-100% от расчетной прочности самих деталей, но при этом сильно зависит от температуры присадки. Нагрев присадочного материала осуществляется до температуры, превышающей его температуру текучести (Тт) на 30-60°C градусов. Расход теплоты присадки производится на потери в окружающую среду, на расплавление соединяемых кромок деталей и на сохранение вязкого состояния самой массы.

Следует заметить, что при этом температура нагрева деталей не должна превышать температуру термодеструкции материала, поскольку это приведет к снижению прочности соединения снизится.

На схеме ниже представлен процесс изменения структуры полимера при повышении температуры.

Соединению подлежат только соединения из термопластов, выполненных из одинакового материала. При этом присадка должна быть выполнена из того же вещества, что и соединяемые поверхности. В случае, если свариваемые детали обладают разными пределами текучести, предел текучести присадки должен быть равен среднему значению ПТ соединяемых деталей.

ПВХ и ПВДФ имеют небольшой интервал температур плавления и разрушения, поэтому их соединение должно проходить при тщательном контроле за температурным режимом. Для сварки таких материалов требуются экструдеры со шнеком, который тщательно перемешивает вязкую массу, а сварка должна производиться в один прием, без периодических выключений и нагревов экструдера.

Экструзионная сварка может применяться для формирования непрерывных протяженных швов на армированных материалах и пленках. При таком соединении экструзионная масса поступает на соединение пленок, которые протягиваются через прокатные валки. Затем соединяемый шов пропускается через прижимные валки, формируя сварочный шов.

Чтобы свести потери тепла к минимуму, экструзионная сварка должна проводиться при максимально большом диаметре присадочного прутка и высокой скорости подачи присадки.

Следует учитывать, что сварка экструдером запрещена для применения на трубопроводах, работающих под давлением.

В России правила проведения экструзионной сварки регламентируются стандартом ГОСТ 16310-80, этот стандарт регламентирует типы соединений, диапазон рабочих температур, толщины деталей, размеры кромок и другие технические параметры.

В мировой практике широко распространено применение немецкого стандарта DVS 2207-4, который более широко регламентирует проведение экструзионной сварки.

Примеры технических параметров сварки приведены в таблице.

Виды сварных швов

ГОСТ 16310-80 устанавливает более 10 видов сварочных швов, которыми можно соединять полимерные детали. Название шва зависит от внешнего вида его разреза. Рассмотрим основные из них.

V шов

С помощью столярного инструмента (ножовки, стамески или рубанка) производится обработка торцов соединяемых материалов. Создается скос, который в точке касания должен составлять угол в 45-90° градусов. На нижнем краю скоса должен оставаться прямой торец толщиной не более 1 мм.

Если стыкуются детали разной толщины, то сторона с большей толщиной срезается под большим углом, а меньшая – под меньшим. Таким образом, достигается равная толщина деталей в месте соединения.

Зазор между деталями не должен превышать 2 мм, чтобы обеспечить проникновение присадки во внутреннюю часть шва и обеспечить высокое качество соединения.

X шов

В отличии от V-образного шва, в X шве невозможно контролировать качество проварки. Но двойной шов призван компенсировать этот недостаток. Для такого вида шва предусмотрена собственная технология изготовления:

На соединяемых торцах формируются скосы с углом раскрытия 30-60° градусов,

Корневой слой стыкуется без зазора, предварительная фиксация осуществляется с помощью термофена. Проваривается шов сначала с лицевой части, затем с тыльной.

К шов

При применении такого шва производится обработка торцов скругленным скребком, затем производится предварительная фиксация листов с помощью термофена. Дополнительно может производится сварка со второй стороны соединения.

HV шов

Выполнение такого шва аналогично выполнению V-шва, однако угол раскрытия не должен превышать 60° градусов. Детали не стыкуются вплотную, между ними остается зазор в 2 мм. Этот зазор позволяет присадке проникнуть в соединение и выйти с наружной стороны, герметично закрывая шов.

Double HV шов

Процесс соединения деталей

Процесс подготовки и проведения сварочных работ с применением экструзионных покрытий проходит следующим образом:

• После запуска и прогрева экструдера производится его очистка от материала, использовавшегося ранее. Повторно применять присадку нельзя, потому что ее прочностные характеристики снижены,
• За 15-20 минут до начала сварочных работ производится очистка соединяемых поверхностей от пыли, масляных и жировых загрязнений механическим воздействием (скребками, мелкой наждачной бумагой),
• Обрабатываются торцы соединений под требуемый шов, на соединяемых поверхностях готовятся скосы или сварочные канавки,
• Производится нагрев соединяемых поверхностей горячим воздухом,
• Материал присадки поступает в экструдер, где нагревается от рубашки шнековой камеры и перемешивается до получения однородной пастообразной массы,
• Разогретая до вязкого состояния экструзия выдавливается через башмак на сварочный шов, частично расплавляя свариваемые детали и перемешиваясь с их веществом,
• На свариваемые поверхности с помощью сварочного башмака подается необходимое давление, обеспечивающее фиксацию деталей. Сила оказываемого давления зависит от материалов: так, для ПВД допустим широкий интервал давлений, а прочность соединения полипропилена падает при оказании слишком высокого давления.
• Процесс охлаждения проходит при естественных условиях, так как принудительное охлаждение приводит к уменьшению прочности шва вследствие перепада температур.

Существует два основных типа экструзионной сварки – бесконтактный и контактный.

Бесконтактный способ сварки требует применения прижимных устройств или прессов, с помощью которых оказывается давление на соединяемые детали. Экструзия при данном способе подается из мундштука, который не вводится в разъем.

При контактном способе мундштук вводится в соединяемый разъем до контакта с кромками и перемещается вдоль стыка под углом 10-15° градусов, заполняя полость присадочной массой. Давление, создаваемое присадкой, позволяет отказаться от оказания дополнительного давления на материал. Такая сварка позволяет обеспечить потери тепла и обеспечить дополнительный нагрев соединяемых поверхностей за счет тепла от мундштука.

Источник

Укажите тип оборудования для экструзионной сварки по способу подачи расплава

ГОСТ Р 56155-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Экструзионная сварка труб, деталей трубопроводов и листов

Welding of polymeric materials

Extrusion welding of pipes, piping parts and panels

Дата введения 2016-01-01

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным автономным учреждением «Научно-учебный центр «Сварка и контроль» при МГТУ им.Н.Э.Баумана (ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им.Н.Э.Баумана»), Национальным Агентством Контроля Сварки (СРО «НП НАКС»), Ассоциацией сварщиков полимерных материалов (АСПМ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 «Сварка и родственные процессы»

4 Настоящий стандарт разработан с учетом технических требований норм Немецкого союза по сварке и смежным технологиям DVS 2207-4:2005* Сварка термопластов. Экструзионная сварка труб, деталей трубопроводов и листов (DVS 2207-4:2005 Welding of thermoplastics. Extrusion welding of pipes, piping parts and panels. Processes and requirements)

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

Введение

Настоящий стандарт разработан в целях повышения конкурентоспособности и качества продукции, выполненной с применением экструзионной сварки, а также в целях гармонизации национальных стандартов по сварке полимерных материалов с международными нормами.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к выполнению экструзионной сварки труб, листов, емкостей и трубопроводных конструкций при производстве емкостного оборудования и бетонных конструкций, изолированных термопластичными полимерными материалами.

Настоящий стандарт не распространяется на экструзионную сварку труб, используемых в качестве гидрозащитных оболочек в теплоизолированных конструкциях трубопроводов и геомембран, применяемых при строительстве земляных и гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 11645-73 Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов

ГОСТ ISO 1167-1-2013 Трубы, соединительные детали и узлы соединений из термопластов для транспортирования жидких и газообразных сред. Определение стойкости к внутреннему давлению. Часть 1. Общий метод

ГОСТ Р 54792-2011 Дефекты в сварных соединениях термопластов. Описание и оценка

ГОСТ Р 55142-2012 Испытания сварных соединений листов и труб из термопластов. Методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 присадочный полимерный материал: Полимерный материал в виде прутка, ленты, порошка или гранул, преобразуемый в расплав, или в виде раствора, который совместно с расплавленным свариваемым материалом заполняет разделку шва в процессе сварки.

3.2 сварочная насадка: Сменная насадка на сварочном экструдере, которая направляет расплав присадочного полимерного материала в зону сварки, создает необходимое давление и формирует поверхность сварного шва.

3.3 сварочный экструдер: Устройство для плавления присадочного полимерного материала и подачи расплава в зону сварки.

3.4 экструзионная сварка: Сварка, при которой расплавленный присадочный полимерный материал подается в зону сварки из сварочного экструдера.

4. Общие требования

4.1 Основные положения

4.1.1 При экструзионной сварке соединение свариваемых деталей выполняют путем подачи расплавленного присадочного полимерного материала в зону сварки, где он взаимодействует с поверхностями предварительно нагретого, как правило, горячим воздухом до расплавленного состояния материала этих деталей.

4.1.2 Экструзионная сварка, выполняемая с использованием присадочного полимерного материала, имеющего форму прутка или гранул, может производиться в ручном или полуавтоматическом режиме.

4.1.3 Форма поверхности сварочной насадки должна соответствовать форме сварного шва.

4.1.4 Для нагрева свариваемых деталей и присадочного прутка, кроме горячего воздуха, могут применять нагретые инертные газы.

4.1.5 Количество расплава присадочного полимерного материала, выходящего из сварочного экструдера, определяет максимальный размер сварного шва и линейную скорость сварки при соблюдении требований к предварительному нагреву соединяемых поверхностей.

4.1.6 Необходимое давление при сварке создается за счет свойств расплавленного присадочного полимерного материала, геометрических параметров сварочной насадки и воздействия сварщика на сварочный экструдер.

4.1.7 Экструзионная сварка может выполняться с непрерывной и с периодической подачей расплава.

4.1.8 Результаты сварки оформляют протоколом по форме, в соответствии с Приложением А.

4.2 Экструзионная сварка с непрерывной подачей расплава

4.2.1 При экструзионной сварке с непрерывной подачей расплава предварительный нагрев свариваемых материалов в зоне сварки осуществляют устройством для подачи нагретого газа (воздуха), которое является частью сварочного экструдера.

4.2.2 Расплав присадочного материала должен непрерывно выходить из сварочного экструдера и при помощи сварочной насадки прижиматься к расплавленным поверхностям соединяемых деталей (см. рисунок 1), заполняя весь объем разделки шва.

4.2.3 Скорость заполнения разделки шва расплавом присадочного материала должна совпадать с линейной скоростью сварки.

Рисунок 1 — Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования I типа

4.3 Экструзионная сварка с периодической подачей расплава

4.3.1 При сварочном процессе с периодической подачей расплава расплавленный в сварочном экструдере присадочный материал направляется в приемное приспособление, из которого поступает в предварительно расплавленную нагретым газом разделку шва, где под давлением пресс-инструмента формируется поверхность шва (см. рисунок 2).

Рисунок 2 — Схема сварки с периодической подачей расплава на оборудовании II типа

4.3.2 Данный процесс сварки следует применять в случае ограниченного рабочего пространства и при невозможности проведения экструзионной сварки с непрерывной подачей расплава.

5 Оборудование для экструзионной сварки

5.1 Состав оборудования

Оборудование для экструзионной сварки состоит:

— из пластифицирующей системы (экструдера или нагревательной камеры), предназначенной для преобразования присадочного материала в расплав;

— из системы предварительного нагрева, предназначенной для расплавления поверхностей свариваемых деталей (как правило, в качестве теплоносителя используется нагретый воздух);

— из сварочной головки для размещения сварочной насадки и сопла системы предварительного нагрева;

— из сварочной насадки, предназначенной для направления расплава присадочного полимерного материала в зону сварки и формирования поверхности шва (в сварочном процессе с периодической подачей расплава указанные функции выполняет пресс-инструмент и приемное приспособление).

5.2 Оборудование I типа

5.2.1 В оборудовании I типа все его элементы сформированы в единый блок.

5.2.2 Присадочный материал применяют в форме прутка круглого сечения или гранул.

Гранулированный присадочный материал рекомендуется применять в сварочном оборудовании высокой производительности (см. рисунок 1).

5.3 Оборудование II типа

5.3.1 В оборудовании II типа сварочный экструдер и сварочная головка конструктивно разделены.

Для сварки экструдер и сварочная головка соединены между собой транспортировочным подогреваемым шлангом, который осуществляет подачу расплава присадочного полимерного материала в зону сварки (см. рисунок 3).

Рисунок 3 — Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования типа II

5.3.2 Для сварочного процесса с периодической подачей расплава в оборудовании II типа расплав присадочного материала извлекается из экструдера и перемещается в зону сварки с помощью ручного приемного приспособления (см. рисунок 2).

5.3.3 Оборудование II типа имеет высокую производительность, его рекомендуют применять в стационарных условиях из-за его размеров.

5.3.4 В качестве присадочного материала следует применять гранулированный материал.

5.4 Оборудование III типа

5.4.1 Оборудование III типа состоит из устройства подачи сварочного прутка, нагревательной камеры и системы предварительного нагрева поверхностей свариваемых деталей (см. рисунок 4).

5.4.2 Сварочный пруток поступает в нагревательную камеру, где происходит его расплавление с дальнейшим продавливанием расплава в зону сварки к сварочной насадке.

5.4.3. Оборудование III типа, как правило, компактнее оборудования I и II типов, но имеет меньшую производительность, его рекомендуют использовать для сварки тонкостенных изделий.

Рисунок 4 — Схема сварки с непрерывной подачей расплава с использованием оборудования типа III

6 Требования к форме сварных швов

6.1 Сварные швы, выполненные экструзионной сваркой, должны соответствовать следующим требованиям:

— перекрещивающиеся сварные швы должны располагаться в шахматном порядке;

— расстояние между сварными швами должно быть не менее чем в три раза больше ширины сварного шва, но не менее 50 мм (см. рисунок 5);

Источник