Учебное пособие

Сварка пластмасс

Сущность процесса сварки пластмасс трением

Сварка трением основана на превращении механической энергии трения в тепловую энергию. Поскольку пластмассы обладают низкой теплопроводностью, от зоны контакта деталей, подвергающихся трению, отводится незначительное количество тепла, поэтому нагрев их происходит быстро. Используют сварку трением вращения соединяемых деталей и сварку путем колебательных движением одной детали относительно другой – сварку вибротрением. Сварку трением вращения применяют при соединении деталей, имеющих форму тел вращения. Вибротрением можно сваривать несимметричные детали практически любой конфигурации. Во всех случаях процесс состоит из двух стадий: нагрева и осадки.

На стадии нагрева детали приводят в плотный контакт друг с другом за счет приложения давления и осуществляют их взаимное перемещение. В начале процесса за счет давления, приложенного к деталям, и высоких скоростей относительного перемещения свариваемых деталей происходит разрушение микронеровностей в зоне контакта. Затем разрушаются поверхностные пленки и во взаимодействие вступают чистые поверхности. Это приводит не только к заметному выделению тепла, но и к образованию очагов схватывания. Термопла- стичный материал деталей переходит в вязкотекучее состояние. В конце процесса устанавливается равномерный режим нагрева и оплавления, сопровождающийся адгезией по всей поверхности контакта. При накоплении в стыке необходимого количества расплава процесс трения прекращается, и детали сжимаются (осаживаются).

В зависимости от условий нагрева свариваемых поверхностей сварку пла- стмасс трением выполняют по трем схемам:

вращением свариваемых деталей или промежуточного элемента – сварка вращением;
вибрацией свариваемых деталей или промежуточного элемента – сварка вибротрением;
вращательно-вибрационным движением свариваемых деталей или промежуточного элемента.

На рис.8.1 представлены разные схемы сварки трением вращения. На рис.8.1, а одна из деталей закреплена неподвижно, а вторая вращается. На сопряженных торцевых поверхностях возникают силы трения, вызывающие интенсивный нагрев и оплавление торцев. При накоплении в стыке необходимого количества расплава вращение прекращают, и производится осадка до образования сварного соединения.

Схема, при которой детали вращаются в разные стороны (рис.8.1, б), не нашла практического применения из-за технических сложностей. Длинные и громоздкие детали, вращение и быстрое торможение которых затруднительно, сваривают при помощи третьей, промежуточной детали (вставки). Для этого длинные детали закрепляют неподвижно, а вставку вращают вокруг общей оси свариваемых деталей (рис.8.1, в). После разогрева кромок свариваемых деталей до вязкотекучего состояния вставка удаляется из стыка, после чего выполняется осадка деталей, или остается в сварном шве после расплавления и осадки.

Рис.8.1. Схемы сварки трением с использованием вращения одной детали (а), обеих деталей (б) и вставки (в): 1 – неподвижная деталь; 2 – сварной шов; 3 – вращающаяся деталь; 4 – вставка

Наибольшее применение нашла схема сварки с вращением одной детали. Преимущество способа сварки термопластов трением состоит в том, что при трении в месте контакта разрушаются все поверхностные пленки, образовавшиеся до начала процесса сварки. В процессе сварки расплав защищен от влияния атмосферы, за счет чего в значительной степени исключены процессы окисления макромолекул, находящиеся в активированном состоянии. Для осуществления соединения термопластов при сварке необходимо:

повышение активности макромолекул сопрягаемых слоев деталей с целью перевода их в вязкотекучее состояние;
удаление с поверхности адсорбированных веществ, загрязнений и оксидных пленок с целью создания ювенильных поверхностей;
создание физического контакта сопрягаемых поверхностей до полного контакта по всей плоскости.

При сварке термопластов трением первое условие выполняется за счет преобразования механической работы трения в тепловую энергию. Второе условие реализуется при износе поверхностей в процессе трения и эвакуации из зоны контакта свариваемых деталей загрязнений радиальными силами. Третье условие выполняется путем сжатия сопрягаемых деталей как в процессе нагрева, так и при осадке.

Сварка трением может применяться практически для всех термопластов: полиолефинов, полиамидов, полиметилметакрилата, полистирола и др. Сварка трением обладает рядом достоинств: высокой производительностью, малым потреблением энергии и мощности, высоким качеством сварного соединения, стабильностью качества сварных соединений, возможностью сварки разнородных пластмасс, гигиеничностью процесса, простотой конструкций оборудования, легкостью механизации и автоматизации процесса.

В последнее время нашла применение сварка вибротрением, особенно для соединения несимметричных деталей. При этом деталям, находящимся в контакте под некоторым давлением, придают возвратно-поступательное движение в плоскости стыка, либо вокруг определенной оси.