1.1.6 Сварка трением

Сварка трением [4, 5] основана на нагреве контактирующих поверхностей термопластов в результате превращения механической энергии трения в тепловую. Низкая теплопроводность пластмасс локализует и сохраняет тепло в зоне трущихся поверхностей, где и образуется сварной шов. При этом способе механически снимается окисленный поверхностный слой полимера, вытесняются воздушные включения и другие примеси из зоны шва.

Одновременно с оплавлением поверхности свариваемых деталей не исключается механодеструкция полимера. В начальный период сварки процесс механодеструкции преобладает над процессом диффузии макромолекул, так как температура в зоне трения еще недостаточно высока. С увеличением продолжительности трения теплота накапливается, материал переходит в текучее состояние, и механодеструкция макромолекул прекращается. Про­дукты механодеструкции полимера входят в состав сварного шва и приводят к его естественному ослаблению по сравнению с материалом деталей.

Существуют три схемы сварки трением: вращением, вибротрением и промежуточная вращательно-вибрационная.

При сварке вращением одна деталь закрепляется неподвижно, а вторая соосно с ней вращается и контактирует с ней торцом под определенным давлением. При этом возникают силы трения, вызывающие интенсивный разогрев. По достижении температуры Т_пл давление увеличивают для выдавливания пузырей воздуха и равномерного распределения расплава по свариваемой поверхности. Далее или быстро останавливают вращение, или осво­бождают неподвижную деталь, которая также начинает вращаться. Охлаждение шва идет под давлением Р.

Сваркой вращением соединяют детали небольших габаритных размеров: стержни, трубы. Можно приваривать цилиндрические детали к плоским, фасонным. Достоинство метода - высокая скорость образования шва и высокая его прочность. Для большинства изделий из термопластов она составляет 60-80 % от прочности самого материала. Недостатки способа: ограниченность выбора геометрии и габаритных размеров изделий; трудность регулирования температуры материала шва; большое количество выдавливаемого материала в виде расплава. Указанных недостатков можно избежать, применив либо комбинированный способ (вращательно-вибрационный), либо только вибрационный.

Сущность вибрационного способа состоит в том, что прижатым поверхностям деталей сообщается возвратно-поступательное движение одной относительно другой. Сварка поверхностей происходит при частоте возвратно-поступательного движения 50-400 Гц, амплитуде 3-6 мм, давлении Р = 2-15 МПа, продолжительности - несколько секунд. Для данного способа сварки габаритные размеры детали и толщина стенки не играют роли.

1.1.7 Лазерная сварка [5, 4]

Лазерный луч фокусируется на свариваемых поверхностях деталей, в основном пленок толщиной 10-500 мкм. Можно так же сваривать и листы. Технология не отличается от технологии сварки ИК- излучением.

Лазерная сварка также является бесконтактной. Необходимая технологическая теплота направленно вводится в материал заготовки посредством высокоэффективного лазера на полупроводниковом диоде. При этом середина зоны соединения также может быть более интенсивно нагрета, чем краевые зоны. Таким образом, при сварке происходит интенсивное смешение расплава в зоне стыка, что способствует чрезвычайной прочности сварного шва. Тепловое расширение расплава обеспечивает усилие сваривания, необходимое для соединения предварительно фиксированных деталей.

В первую очередь, эго может быть отнесено к сварке соединения внахлест, при которой одна деталь должна быть прозрачной для лазерного луча, а вторая обладать хорошей способностью к поглощению. Таких свойств можно добиться с помощью цветных пигментов или другими добавками. Для выполнения сварки между обеими деталями необходимо добиться соединения с герметичным смыканием. В этом случае лазерный луч будет через прозрачную деталь попадать на поглощающую деталь, создавая необходимую тепловую энергию. За счет теплопроводности прозрачная деталь на стыковой поверхности также оплавляется. Ход шва и способ внесения энергии могут быть выбраны, поэтому не возникают ни термические, ни механические нагрузки.

Что касается геометрии и размеров свариваемых деталей, то здесь ограничений нет. Поэтому диапазон применения лазерной сварки простирается от мельчайших до крупногабаритных деталей.