1.1.4 Высокочастотная (вч) сварка
ВЧ-сварке подвергают материалы, имеющие коэффициент диэлектрических потерь ε" > 0,01 [9]. К ним относятся ПВХ и его сополимеры, ПА, сополимеры фтор-производных, полиакрилаты, ПУ и т. д.
Основан способ на известном физическом явлении взаимодействия токов высокой частоты (ТВЧ) с диполями молекул. Дипольная молекула в переменном электрическом поле ориентируется по направлению поля. Энергия поля диссипируется в полимере за счет внутреннего трения колеблющихся диполей.
Основным оборудованием являются высокочастотный генератор, сварочное устройство и контур управления. В генераторе постоянный ток высокого напряжения преобразуется в переменный с частотой 20-40 МГц. Этот ток подается на обкладки конденсатора, одновременно являющиеся электродами для сварки пластмассы. Электроды не только подводят энергию к зоне шва, но и передают давление на материал.
В особых случаях, когда требуется ВЧ-сварка материалов с ε" < 0,01 (ПО, ПЭТФ, фторопласт-4), необходимо применять более высокие частоты (80-150 МГц) или сверхвысокие - 300 МГц и выше.
Преимущества способа: высокая скорость и равномерность нагрева, хорошее качество сварного шва. Кроме того, ВЧ-сварка может успешно осуществляться при более низких температурах по сравнению с контактной.
1.1.5 Ультразвуковая (уз) сварка
Ультразвуковая сварка [5, 8, 9] основана на преобразовании энергии механических высокочастотных колебаний (15-50 кГц) в тепловую энергию. Размягченные полимеры при приложении нагрузки свариваются.
Отличительной особенностью УЗ-метода является то, что выделение тепла происходит не во всей массе шва, а концентрируется в зоне контакта свариваемых поверхностей.
В связи с быстротой нагрева в зоне образования шва происходят минимальные изменения структуры полимера. Благодаря этому при УЗ-сварке двухосно-ориентированных пленок из ПЭТФ, ПП и др. удается сохранить ориентацию материала в шве.
Благодаря существенным сдвиговым колебаниям при действии УЗ со свариваемой поверхности удаляются инородные частицы. Это открывает возможность сварки загрязненных поверхностей деталей.
На рис. 1.5 представлена схема аппарата УЗ-сварки. Соединяемые детали 4 зажимаются с усилием Р между инструментом 3 и пассивным отражателем 5. Сварка происходит в момент подачи ТВЧ на обмотку вибратора (излучатель УЗ 1).
1 - излучатель УЗ; 2 - волновод; 3 - сварочный инструмент; 4 - свариваемые материалы; 5 - отражатель; Р - давление сварки; стрелками показано направление высокочастотных механических колебаний
Рисунок 1.5 – Схема ультразвуковой сварки пластмасс
Возникающие продольные (по стрелкам) высокочастотные механические колебания передаются через инструмент 3 материалу 4. В качестве пассивного отражателя может быть использован любой гасящий УЗ материал. Вместо него может применяться настроенный отражатель (стальной стержень). Его функция - уменьшение потерь энергии, которые возникают при переходе колебаний в станину опоры.
УЗ-сварку можно осуществлять на деталях больших размеров и сложной конфигурации, так как второго электрода для сварки не требуется; ею можно соединять любые термопласты. Детали сваривают в отдельных точках (точечная УЗ-сварка), по всему контуру (контурная УЗ-сварка) и при непрерывном перемещении либо инструмента, либо материала. В последнем случае нижнюю опору инструмента 3 заменяют вращающимися роликами. Так сваривают пленки любой длины. Режимы сварки: амплитуда колебаний инструмента 25-30 мкм, Р=0,12 МПа, частота колебаний 50 кГц. Прочность шва при сдвиге составляет не менее 60 % от прочности при растяжении исходных пленок.
Для массивных изделий из большинства пластмасс амплитуда колебаний инструмента находится в пределах 20-40 мкм, давление 1-4 МПа, время сварки - до 10 с.