1.1.1 Сварка нагретым инструментом
При сварке по этому способу свариваемые детали нагреваются при контакте с металлическими инструментами, а затем спрессовываются и охлаждаются под давлением.
В контактно-тепловой сварке применяется металлический, постоянно нагретый инструмент. Детали прогреваются с одной или с двух сторон за счет контакта с нагретым инструментом. Температура инструмента на 20-50 °С выше Тпл термопласта. Разогретые детали сжимают усилием Р, при этом материал деформируется в зоне шва. Контролировать деформацию можно, используя специальные механические ограничители хода инструмента. Для устранения прилипания расплава к инструменту применяют разделительные прокладки из фторопласта-4, полиимида, целлофана. Охлаждение образовавшегося шва происходит под тем же давлением. Это позволяет устранить коробление изделия в зоне шва, но в то же время значительно удлиняет цикл сварки. Такую технологию применяют для получения мелкосерийных изделий, при ремонте деталей и т. п. Процесс является периодическим [8,9].
1 – пленки; 2 – бесконечные движущиеся ленты; 3 – нагреватели; 4 – прижимные ролики; 5 – охлаждающие губки; 6 – сварной шов; Р – давление прижима
Рисунок 1.2 – Схема ленточного сварочного аппарата
Непрерывный процесс осуществляется для сварки пленок и листов. Шов в этом случае получается неограниченной длины. Схема основной установки показана на рис. 1.2. Свариваемые пленки зажимаются с двух сторон двумя бесконечными движущимися лентами 2, попадают в зону нагрева 3 и с помощью прижимных роликов под давлением Р образуют сварной шов. Далее шов охлаждается губками 5. Поскольку движущиеся ленты плотно прижаты к шву пленок, то и охлаждение шва происходит под некоторым давлением.
При термоимпульсной сварке используют малоинерционный нагревательный инструмент (лента, проволока). Периодически пропускаемый электрический ток быстро нагревает инструмент. Сварку осуществляют под давлением. Лента, проволока быстро охлаждаются вместе со швом без снятия давления. Метод применяется для соединения ПЭ-пленок толщиной 20-300 мкм. Эффективность этого способа заключается в быстроте нагрева/охлаждения проволоки или ленты. Время сварки зависит от толщины пленок. Главное ограничение метода - длина шва (длина нагревательного инструмента ~1,5 м).
Изменение параметров сварки существенно влияет на прочность сварного шва изделий. При испытании сварных изделий установлено, что даже идеально сваренный шов не обладает той же прочностью, что и свариваемая деталь. С учетом остаточных напряжений в большинстве случаев разрушается материал в околошовном пространстве.
tн1 < tн2 < tн3 ; пунктир — начало термодеструкции полимера
Рисунок 1.3 – Зависимость прочности сварного шва от температуры нагрева при разных временах нагрева
Выбор технологических параметров сварки зависит в первую очередь от типа свариваемого материала и его толщины, а также от типа применяемого инструмента. Для жестких термопластов увеличение давления выше 2–3 МПа и длительности прогрева свыше 15 мин не оказывает заметного влияния на прочность соединения. Более существенно сказывается изменение Ти (рис. 1.3). С повышением Тн все меньшее влияние на прочность соединения оказывает длительность выдержки нагретых поверхностей под давлением (кривые 1-3 на рис. 1.3). С увеличением Тн диффузия макромолекул ускоряется, и максимальная прочность достигается быстрее. Дальнейший рост Тн (пунктирные линии на рис. 1.3) приводит к деструкции полимера, образующего шов. Прочность соединения, близкая к прочности основного материала, достигается, если Тн приближается к температуре перехода термопласта в вязкотекучее состояние.