Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Сварка пластмасс

       

Технология и параметры режима сварки пластмасс трением

Мощность трения прямо пропорциональна скорости вращения, контактному давлению, коэффициенту трения и радиусу трущихся поверхностей. Из этого следует, что на стадии нагрева и на стадии осадки основными технологическими параметрами режима сварки трением являются:

  • частота вращения (n, об/с);
  • усилие сжатия деталей в процессе трения (давление при нагреве - РН, МПа);
  • время трения (время нагрева до температуры сварки - tН, с);
  • усилие осадки (РОС, МПа).

Частота вращен ия и давление при нагреве взаимосвязаны и выбираются таким образом, чтобы за время нагрева не произошло перегрева и деструкции материала в зоне сварки. Обычно время нагрева составляет 3–25 с. Для кристаллических полимеров с узким температурным интервалом вязкотекучего состояния оно может быть уменьшено до 0,5-1 с. При этом скорость вращения в зависимости от свариваемых материалов и геометрии деталей может изменяться в широких пределах: от 0,15 до 3 м/с.

Давлени е на стадии осадки выбирают меньшим, чем при сварке нагретым инструментом, так как загрязнения и оксидные пленки при сварке трением удаляются из сварочной зоны ещё на стадии нагрева. Кроме того, в этом случае оказывается большей и глубина проплавления. Обычно давление осадки составляет 0.07-1,4 МПа.

Оптимальные параметры режима сварки зависят от многих факторов даже для одного и того же материала. Лучшие механические свойства шва достигаются при более продолжительном нагреве.

Прочность сварного соединения мало зависит от осевого давления в диапазоне 0,1-0,6 МПа. При меньшем давлении свойства соединения оказываются нестабильными, более низкого качества, но вместе с тем применение высоких давлений также нежелательно. Высокое давление вызывает выдавливание всего расплава из зоны стыка. Последнее приводит к тому, что механические свойства шва резко снижаются. Следовательно, осевое давление при сварке должно быть оптимальным.

Наиболее типичные циклограммы изменения параметров режима сварки трением вращения показаны на рис.8.2. 2

Рис.8.2. Циклограммы процесса сварки трением вращением: tО – время отставания включения вращения; tН – время нагрева; tОС – время осадки; tСВ – время сварки; РН – усилие сжатия при нагреве; РОС – усилие сжатия при осадке; n – частота вращения; ТСВ – сварочная температура; а – циклограмма процесса сварки трением при постоянном усилии сжатия; б - циклограмма процесса сварки трением при переменном усилии сжатия

Для повышения качества сварных соединений желательно применять сварочный цикл с переменным давлением (рис.8.2, б). На стадии нагрева оно должно составлять 0,2-0,6 давления на стадии осадки.

При сварке кристаллических полимеров с узким интервалом плавления следует ограничить время торможения шпинделя сварочной установки после окончания стадии нагрева. В противном случае вращение в процессе остывания термопласта может привести к зарождению в сварочной зоне надрывов.

Большое значение при сварке трением имеет геометрия стыкуемых поверхностей. Так как окружная скорость точки вращающейся поверхности зависит от расстояния её до центра вращения, то мощность трения, а следовательно, и тепловыделение распределены неравномерно по поверхности трения. Поэто- му при сварке больших диаметров сплошного сечения для обеспечения большей равномерности разогрева по сечению торцы деталей должны иметь уклон 1-1,5О или кривизну с выпуклостью по оси. Из этих же соображений сварка кольцевых стыков, как это имеет место при сварке труб, более предпочтительна, чем сварка сплошных поверхностей.

При сварке деталей небольшого сечения с массивными тепло, выделяющееся в зоне трения, отводится в массивную деталь, что приводит к несимметричному распределению температур. В этом случае рекомендуется на массивной детали выполнять переходные выступы, соответствующие по размерам детали меньшего сечения (рис.8.3). Такой прием используют, например, при соединении труб и стержней с плитами, при приваривании к трубам фланцев. Длина выступа составляет 0,7-1,0 толщины стенки трубы.

Рис.8.3. Примеры подготовки к сварке стыков различного сечения

При сварке труб часто применяют фасонные разделки стыкуемых поверхностей (рис.8.4). Такие разделки позволяют увеличить площадь контакта стыкуемых поверхностей. Кроме того, обеспечивается более точная центровка стыка по всему периметру и предотвращается смещение кромок.

Рис.8.4. Типы разделки кромок при стыковой сварке труб вращением: а – «шипом в паз»; б – уступом; в – «на ус»; г – V – образная

При конструировании деталей, подлежащих сварке, необходимо предусматривать в зоне свариваемых кромок специальные компенсационные зазоры и пазы для выдавливания грата.

Трением можно сваривать подавляющее большинство термопластов, имеющих стабильную вязкость в широком интервале температур: полиолефины, полиамиды, полиметилметакрилат, полиформальдегиды, полистирол, поликарбонаты и др. Параметры режима сварки некоторых из них представлены в табл. 8.1 и 8.2.

Перед сваркой трением детали из полиамидов и поликарбонатов необходимо подвергать нагреву. Этим полимерам свойственна повышенная гигроскопичность, они поглощают влагу из воздуха. Сварка влажных деталей не дает высокой прочности соединений.

Лучше поддаются сварке трением детали из жестких пластмасс (модуль упругости ≥ 103 МПа).

При сварке вибротрением основными параметрами режима являются амплитуда и частота колебаний. Обычно используются низкочастотные колебания в диапазоне 50-400 Гц. Амплитуда при возвратно-поступательном колебательном движении в плоскости стыка составляет 1-4 мм, а угол поворота при колебаниях с поворотом вокруг оси – сотые доли радиана.

Таблица 8.1 Параметры режима сварки трением некоторых термопластов

Таблица 8.2 Параметры режима сварки трением труб из различных термопластов

Отличительными чертами сварки вибротрением являются возможность сварки несимметричных деталей и равномерное тепловыделение по всей плоскости стыка. Продолжительность сварки практически не зависит от толщины и размеров свариваемых деталей и составляет 6-10 с. Давление сжатия деталей 2-10 МПа; осадка 0,3-0,4 мм.

Сваркой вибротрением соединяют не только хорошо сваривающиеся термопласты, но и фторлоны, полиэфирные эластомеры и другие полимеры, которые не свариваются ультразвуком. Размеры соединяемых деталей в плане составляют от 30х30 до 300х300 мм. Способ нашел широкое распространение при изготовлении резервуаров, водопроводной арматуры, крыльчаток насосов, помп и т.д.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru