Классификация методов сварки. Оборудование, применяемое при сварке газовым теплоносителем с присадочным прутком.

Соединение термопластичных полимерных материалов между со­бой при сборке из них конструкций может осуществляться с помощью сварки.

Механизм образования сварных соединений термопластов в состоянии расплава включает два этапа. На первом этапе происходит макроскопическое течение поли­мера. При течении из зоны контакта вытесняются ингредиенты, пре­пятствующие взаимодействию макромолекул (газовая прослойка, окис­ленные и дефектные слои), при этом возможно перемешивание расплава. На втором этапе между сблизившимися макромолекулами возникает ван-дер-ваальсово взаимодействие.

Термопластичные материалы по их свариваемости можно разде­лить на три группы.

Группа 1 - неориентированные термопласты с энергией активации вязкого течения значительно меньшей, чем энергия разрушения хими­ческой связи.

Все эти термопласты хорошо свариваются плавлением, сварка воз­можна с помощью различных способов в широком интервале темпера­тур: от температуры текучести до температуры деструкции.

Группа 2 - термопласты с энергией активации вязкого течения, близ­кой к энергии разрушения химической связи, узким температурным ин­тервалом вязкотекучего состояния. Все эти термопластичные материалы относятся к трудносвариваемым.

Группа 3 - термопласты, энергия активации вязкого течения которых превышает энергию химической связи.Эти термопласты практичес­ки не могут быть переведены в вязкотекучее состояние, следовательно, возможность сварки их плавлением практически исключена.

Образование сварных соединений таких термопластов возможно только за счет диффузионных процессов на границе раздела. Диффузионная сварка осуществляется путем длительного контакта соединяемых поверхностей, продолжитель­ность которого, необходимая для обеспечения заданной прочности свар­ных соединений, должна быть тем выше, чем ниже температура свар­ки. Диффузионную сварку следует выполнять при максимальных тем­пературах и давлениях, соответствующих пределу вынужденной элас­тичности материала при этих температурах.

В зависимости от применяемых источников нагрева спо­собы сварки можно разделить на две группы. К первой группе относятся способы сварки, в которых использует­ся энергия внешних источников теплоты. В этих способах теплота пе­редается свариваемым поверхностям за счет конвекции, теплопровод­ности и частичного лучеиспускания. Ко второй группе относятся способы сварки, в которых тепло­та генерируется внутри изделия в результате преобразования раз­личных видов энергии. При этом используется энергия инфракрас­ного излучения, токов высокой частоты, ультразвуковых колебаний, трения. Выбор способа сварки зависит от свойств полимера, серийности выпуска, вида и толщины свариваемых изделий, типа конструкций, предъявляемых к ним требований и т. Д.Наи­более распространенными способами являются сварка нагретым газом и нагретым инструментом (экономичны, просты, доступны) и сварка токами высокой частоты (отличается большой производительностью).

1) Сварка газовым теплоносителем:

Газопламенная горелка прямого действия ГГП-1 (рис. 165) работает на пропане или природном газе и на воздухе, подаваемых от источников питания. Сжатый воздух поступает в горелку от магистральной воздушной линии.

Горелка состоит из ствола и ка­меры сгорания. Ствол, вкл. рукоятку 1 с ниппе­лями 2, 3 для присоединения пропанового и воздушного резино­тканевых рукавов, трубок 4 и 5 для горючего газа и воздуха, корпуса 6 с регулировочными вентилями 7и8для горючего газа и воздуха и завихрителя 9. Камера сгорания имеет цилиндрическую часть 10 и мундштук 11.
Горючий газ под избыточным давлением через ниппель 2 посту­пает в трубку 4 и, пройдя вентиль 7, направляется в центральный ка­нал завихрителя и вытекает из него с критической скоростью в каме­ру сгорания. Воздух через ниппель 3, трубку 5 и вентиль 8 подходит к кольцевому зазору завихрителя и поступает в камеру сгорания, обра­зуя цилиндрический вихревой поток. Внутренние слои вихревого воз­душного потока захватывают струю горючего газа и, перемешиваясь с ней, создают вращающийся спиралеобразный газовый поток.

При зажигании горючего газа и последующем медленном впуске воз­духа пламя горит во внутренней полости камеры сгорания. Факел пламени нагревает воздух, который в свою очередь охлаждает продукты сгорания.

Электрические горелки ГЭП-1 и ГЭП-2 состоят из рукоятки 3 с регулировочным вентилем 4, корпуса 2 и сопла / (рис. 166).

Внутри рукоятки находятся две трубки для прохода теплоносителя и электрокабеля, концы которого соединены с электроспиралью, уло­женной на асбестовой пластине в керамической трубке. Газ-теплоно­ситель под давлением поступает в корпус горелки. При движении по цилиндрическому каналу керамической трубки теплоно­ситель омывает спираль нагревателя и вытекает из сопла горелки с определенной температурой и скоростью. Температуру газа регулиру­ют изменением электрических параметров нагревателя и количества проходящего через них газа.

Конструкции нагревательных инструментов для ручной сварки весь­ ма разнообразны: плоские и криволинейные пластины, ролики, тонкие полосы, клинья, призмы, цилиндры, а также специальной формы кле­ щи, электроутюги, электропаяльники и т. д.

Д ля полуавтоматической непрерывной сварки крупногабаритных изделий из пленки толщиной до 200 мкм внахлестку используют ма­шины серии МСП. Схема сварочной головки машины серии МСП представлена на рис. 167.

Головка состоит из двух роликов /, один из которых является веду­ щим. На ролики натянуты две бесконечные, гибкие металлические огра­ ничительные ленты 2. Между лентами имеется зазор, в котором смонтиро­вано нагревательное устройство 3. Нагревательное устройство подводится к свариваемому материалу. Ширина сварного шва определяется расстоя­ нием между металлическими лентами и шириной нижней поверхности нагревателя 3.

2) Сварка нагретым присадочным материалом заключается в том, что свариваемые поверхности нагреваются и между ними непрерывно по­дается расплавленный присадочный материал. Размеры сечения (круг­лое или плоское) прутка являются одним из факторов, определяющих теплосодержание присадочного материала, а следовательно, и качество сварного шва.

Все полуавтоматы укомплектова­ны рабочими инструментами - пистолетами-экструдерами, которые в зависимости от способа подачи расплава разделяются на шнековые (ког­да подача расплава осуществляется шнеком) и прямоточные (когда рас­плав выталкивается холодным присадочным материалом, загружаемым в экструдер).

В комплект всех пистолетов-экструдеров входят сменные мун­дштуки, которые имеют форму, соответствующую форме поперечного сечения подготовительных кромок, и служат для подачи присадки в разделку и создания сварочного давления. Полуавтоматы могут быть переносными, передвижными и стационарными.

Конструкция пистолета шнекового типа для получения распла­ва позволяет использовать не прутик, а гранулированный материал (рис. 168).

Материал загружается в бункер и оттуда поступает в материальный цилиндр 5. В цилиндре находится шнек 2, который приводится во вра­щение электродвигателем 8. Воздух попадает через штуцер / и далее, проходя по каналу 4, нагревается от электронагревателей б и поступает на выход в отверстия в раме мундштука 3 (показано стрелками). Элект­ронагреватели 6 находятся в теплоизолированном корпусе 5. Для подачи присадок может быть использован канал 7.

Полуавтомат ПСП-5 (рис. 169) - бесшнековый прямоточный, действие которого основано на выдавливании размягченного (рас­плавленного) полимерного материала холодным присадочным прутком.

Пруток присадочного материала подающими роликами 4 протал­кивается по внутреннему отверстию канала 7. Канал обогревается элек­троспиралью 6. Все это смонтировано в корпусе 5. Редуктор 3 приво­дится в действие электродвигателем /. Редуктор и электродвигатель размещены в рукоятке 2 пистолета-экструдера. Один из подающих ро­ликов 4 может регулироваться, что дает возможность настраивать по­дачу присадочного прутка диаметром 3-6 мм. Входная зона канала 7 охлаждается водой для предотвращения преждевременного размягче­ния присадочного материала.

Полуавтомат ПСП-6 (рис. 170 ) предус­матривает регулировку температуры расплава, укомплектован более мощным электродвигателем, благодаря которому производительность по расплаву увелич.

Цилиндр для прутка материала 2 находится внутри кожуха 7, а меж­ду ними смонтирован омический электрообогрев 7. Пруток подающи­ми роликами 5 подается в канал цилиндра. Входная зона канала охлаж­дается водой при помощи холодильника 4.