>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Сварка пластмасс

Оборудование для сварки полимерных материалов нагретым газом

Для сварки полимерных материалов нагретым газом применяются газовые горелки, в которых газ-теплоноситель подогревается при сгорании горюче- го газа или с помощью электрической энергии. Температура газа-теплоносителя может изменяться в широких пределах (150-400°С) и регулируется изменением расхода горючего газа и газа-теплоносителя. В качестве горючего газа служат ацетилен, пропан и природный газ. В горелках предусмотрены сменные наконечники.

Электрические горелки могут быть 2 типов:

1. горелки с электронагревом и подачей газа от внешнего источника (компрессора, баллона, сети);
2. горелки с электронагревом и автономным питанием. Подача газа осуществляется нагнетателем, вмонтированным в корпус горелки. Такие горелки имеют небольшую мощность и применяются для сварки малогабаритных и тонкостенных изделий.

Горелки с электрическим нагревом находят широкое применение благодаря своей простоте и безопасности в работе. Наиболее известны горелки ГЭП-1-67 и ГЭП-2 конструкции Московского завода кислородного машиностроения. На рис.2.10 представлена сварочная горелка пистолетного типа ГЭП-2, предназначенная для сварки рулонного линолеума и других полимерных материалов (винипласта, полиэтилена, полиизобутилена, полиметилметакрилата, пенополиуретана и др.).

Рис.2.10. Горелка сварочная ГЭП-2

Горелка ГЭП-2 имеет металлический корпус 4 диаметром 30 мм, внутри которого на керамическом сердечнике уложена электрическая спираль 3. С одной стороны к корпусу крепится наконечник 2 с соплом 1, а с другой - рукоятка 8.

В рукоятку вмонтированы токоподвод 6 и трубка для подачи воздуха 5, расход которого регулируется вентилем 7. Горелка ГЭП-2 имеет набор сопел, которые могут меняться в зависимости от диаметра применяемого прутка, режима сварки и конструкции свариваемых деталей.

Обычно горелка работает от переносного сварочного поста, в комплект которого входят сама горелка, воздушный компрессор и однофазный понижающий трансформатор.

Горелка работает от сети переменного тока напряжением 12 и 36 В. Прежде чем включить сварочную горелку в электрическую сеть, пускают газ, расход которого регулируется вентилями общей сети и на горелке. Затем включают электрический ток. Такая последовательность обязательна, иначе можно расплавить нагревательную спираль. Воздух или газ, обтекая электрические нагревательные элементы, вмонтированные в корпус горелки, выходит из сопла с определенной температурой и скоростью. Температуру нагретого газа регулируют изменением электрических параметров нагревательных элементов и изменением количества проходящего газа. Форма конца наконечника или сопло газовой горелки придает струе нагретого газа необходимую форму.

Основным недостатком конструкций горелок с электрическим нагревом является сильный разогрев кожуха. Кроме того, образующаяся на спиралях окалина уносится воздухом и частично попадает в шов, снижая его прочность. Этот недостаток горелок можно устранить, заменив проволочную спираль трубчатым змеевиком, к концам которого подведен электрический ток и внутри которого движется нагреваемый газ. Змеевик изготовляют из трубки, выполненной из нержавеющей стали, диаметром 6 мм с толщиной стенки 1 мм. Рабочее напряжение горелки составляет 4-5 В, мощность 0,5 кВт. Недостаток горелки – применение проводов большого сечения, увеличивающих её массу и затрудняющих маневрирование ею во время работы.

Кроме электрических горелок применяют газовые горелки, которые также можно разделить на две группы:

1. газовые горелки косвенного действия;
2. газовые горелки прямого действия;

К горелкам косвенного действия относится горелка ГГК-1 конструкции ВНИИавтогенмаш. Выполнена на базе ацетиленокислородной горелки «Малютка». Продукты горения горючего газа подогревают стенки змеевика, по которому подается газ-теплоноситель, используемый для сварки.

Расход горючего газа:

1. пропана - до 0,12 м³/ч;
2. природного газа - до 0,36 м³/ч.

Горелка комплектуется одним наконечником с соплом диаметром 3 мм.

Недостатки: перегрев кожуха и возможное прогорание змеевика при малых расходах газа - теплоносителя.

Горелка прямого действия ГГП-1 работает по принципу смешения и сжигания газов в малом объеме камеры сгорания. Это позволяет сваривать термопласты продуктами горения в смеси с воздухом. Горелка работает на пропане или природном газе и воздухе. При расходе пропана 0,25-0,4 м³/ч или природного газа 0,3-1,1 м³/ч тепловая мощность пламени эквивалентна мощности электронагревательного устройства (600-800 Вт).

На российском рынке для сварки газовым теплоносителем широко представлены серии моделей ручных сварочных аппаратов производства швейцарской фирмы Ляйстер и немецкого концерна РОТЕНБЕРГЕР для сварки полиэтиленовой и полипропиленовой трубы, труб из ПВХ и др..

Рис.2.11

Рис.2.12

Сварочная горелка ВЕЛДИНГ ПЭН (рис.2.11). Один из самых компактных и высокопроизводительных аппаратов для сварки горячим воздухом. Используется для сварки термопластичных материалов. Имеет цифровой дисплей для отображения значений заданной и реальной температур. Подача воздуха обеспечивается вентилятором. Имеет охлаждаемую защитную трубку, предохраняющую от ожогов.

Сварочная горелка ЭЛЕКТРОН (рис.2.12). Имеет встроенное нагнетательное устройство. Аппарат обладает высокой мощностью, обеспечивает большой расход воздуха при небольшом весе и высокой надежности. Может иметь дисплей с цифровым указателем заданной и реальной температуры. Имеет охлаждаемую защитную трубку, предохраняющую от ожогов.

Основные технические характеристики этих горелок представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Рис.2.13. Сварка конструкции из пропилена аппаратом ЛАБОР S с насадкой быстрой сварки фирмы Ляйстер

Благодаря плавной электронной регулировке температуры эти аппараты легко настраивать на сварку любых полимеров. На дисплее с цифровым отсчетным устройством высвечивается заданная и реальные температуры. На рис.2.13 показан процесс сварки полипропилена сварочным аппаратом ЛАБОР S (из серии Ляйстер) с насадкой быстрой сварки.

В комплект горелок входит вспомогательное оборудование, включающее и различные насадки, обеспечивающие необходимую форму и размеры струи горячего воздуха. На рис.2.14 представлены сварочные горелки ROWELD HG 1600 E (рис.2.14, а) и ROWELD WG 1600 E (рис.2.14, б) немецкого концерна РОТЕНБЕРГЕР. Первая имеет встроенное нагнетательное устройство, вторая требует внешнего источника воздуха. На рисунке представлен также комплект насадок для этих аппаратов и прикатной ролик, необходимый при ручной сварке внахлест (рис.2.14, в).

Рис.2.14. Горелки для сварки нагретым газом фирмы РОТЕНБЕРГЕР: а - ROWELD HG 1600 E; б - ROWELD WG 1600 E, в – насадки

Повышение качества сварных соединений и увеличение производитель- ности достигаются применением механизированных устройств для сварки нагретым газом.

Из отечественных аппаратов нашли применение специализированные полуавтоматы ПГП-1 и «Пчелка», а для сварки плёнок – машины МСП-5М и СПК-М.

Машина СПК-М предназначена для сварки крупногабаритных полотнищ полиэтиленовой пленки неограниченной длины. Перемещение материала осуществляется с помощью транспортной ленты; необходимый прижим сварочной головки к транспортной ленте обеспечивается весом головки.

Универсальная машина МСП-5М может использоваться в стационарном варианте или перемещаться по направляющим вдоль свариваемого изделия. Перемещение материала в случае стационарного варианта осуществляется с помощью двух бесконечных лент на сварочной головке (см. рис.2.6) и бесконечной передвижной ленты на нижней опорной головке.

На рис.2.15 представлен специальный полуавтомат ПГП-1, который предназначен для сварки нагретым газом с применением присадочного материала прямолинейных протяженных швов в нижнем положении.

Рис.2.15. Полуавтомат ПГП-1 для сварки термопластов газовым теплоносителем с присадочным прутком: 1 – суппорт; 2 – ось откидывания суппорта; 3 – упор для удержания суппорта в верхнем положении; 4 – самоходная тележка; 5 – рукоятка; 6 – регулятор скорости; 7 и 8 – тумблеры для включения нагревателя и горелки; 9-11 – ролики, обеспечивающие движение полуавтомата; 12 – шпильки для подвешивания грузов, создающих давление на присадку; 13 – лыжи; 14 – штанга с прижимным роликом; 15 – нагреватель для подогрева присадки; 16 – горелка.

При механизированной сварке на таком полуавтомате достигается стабилизация основных параметров режима (температуры, скорости, давления), обеспечивается стабильный угол наклона сопла аппарата и присадочного прутка к поверхности свариваемого материала, представляется возможность использовать различные приемы для предварительного подогрева присадочного материала и благодаря этому несколько снизить оптимальную температуру газа-теплоносителя. Однако механизированная сварка лишена основного достоинства ручной сварки – гибкости и маневренности. Использование механизированной сварки в положениях, отличных от нижнего, затруднено.

Преимуществами механизированной сварки нагретым газом являются возможность увеличения скорости сварки, применение более толстых прутков, получение сварных швов лучшего качества, меньший разброс прочностных показателей. Сварщик может обслуживать несколько установок одновременно. Установки для сварки разработаны как для выполнения продольных, так и кольцевых швов. На рис.2.16 представлен сварочный узел установки для автоматической сварки. Сварочный узел имеет две сварочные головки, первая из которых выполняет корневой шов, а вторая укладывает одновременно два заполняющих валика.

Рис.2.16. Общий вид сварочного узла установки автоматической сварки: 1 – сопло; 2 – прикаточный ролик; 3 – сварочная головка

Сварочные автоматы фирмы LEISTER «ВАРИМАТ» и «УНИПЛАН», представленные на рис.2.17, предназначены для сварки листовых и пленочных материалов внахлестку.

Сварочный автомат ВАРИМАТ (рис.2.17, а) - мощная автоматическая сварочная машина для сварки внахлест горячим воздухом полимерных и битумно-полимерных кровельных покрытий. Аппарат имеет цифровое управление, два плавающих прикаточных ролика, тахогенератор для стабилизации скорости сварки, автоматическую систему запуска (начало сварки), дисплей, на котором отображаются показатели заданных и реальных значений скорости и температуры сварки, напряжение в сети и длина выполненного шва. Подвижные прижимные ролики сварочного автомата обеспечивают равномерное давление даже при сварке на неровной поверхности. Скорость сварки и температура не зависят от колебаний напряжения в сети. Смена насадки нагревателя позволяет менять ширину шва.

Рис.2.17. Сварочные автоматы фирмы LEISTER «ВАРИМАТ» (а) и «УНИПЛАН» (б)

Сварочный автомат УНИПЛАН (рис.2.17, б) предназначен для сварки внахлест горячим воздухом тентовой и банерной ПВХ-ткани при производстве автотентов, павильонов, шатров, рекламных банеров, навесов от солнца, бассейнов, надувных судов, укрывных пленок для сельского хозяйства и строительства, биотопов, укрывных тентов для легких судов и бассейнов, промышленных завес и т.д.

Аппарат имеет небольшие размеры и вес, автоматическое начало сварки, специальный направляющий ролик для точности ведения автомата по шву, жидкокристаллический дисплей с отображением сварочных параметров, электронную регулировку нагрева и возможность переоборудования под другую ширину шва.

Технические характеристики этих автоматов представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

На рис.2.18 показан сварочный автомат немецкой фирмы HERZ, выполняющий нахлесточное соединение из тонколистового полимерного материала.

Рис.2.18. Автоматизированная сварка нахлесточного соединения