ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Сварка пластмасс различными способами

Цель работы

Ознакомиться со способом сварки пластмасс нагретым газом.

Задание

1. Ознакомиться с различными способами сварки пластмасс.

2. Ознакомиться с устройством нагревательного прибора и правилами работы с ним.

3. Под руководством преподавателя провести сварку произвольных деталей из пластмассы.

4. Визуально оценить качество сварки, сделать выводы.

Теоретическая часть

В связи с высокой чувствительностью пластмасс к надрезу практически исключается возможность их соединения заклепками или винтами. Прошивка пластмасс также сопряжена с образованием надрезов при проколах иглой, являющихся очагами для зарождения трещин. Для соединения пластмасс рациональны склеивание и сварка, причем склеивание ограничивается только соединениями «внахлест».

При сварке пластмасса должна размягчаться, а после охлаждения сохранять пластичность. Поэтому сваривают только термопласты. Так как материал не плавится, наряду с нагревом необходимо прикладывать давление.

Сварка нагретым газом.

Сварку нагретым газом с применением присадочного материала выполняют при помощи сварочных горелок различной конструкции. Этот способ универсален, отличается рядом преимуществ перед другими способами:

• простотой сварочного инструмента;

• способ пригоден для сварки изделий при различном их положении в пространстве; меньшие по сравнению с другими способами требования к точности подгона деталей друг к другу; не происходит налипание расплава термопласта на инструмент и т. д.;

недостатки;

• низкая производительность;

• недостаточно высокая прочность соединения, особенно при ударных и изгибающих нагрузках.

Этот способ широко применяется для соединения элементов безнапорных трубопроводов и жестких термопластов.

Пластмасса нагревается до температуры сварки нагретым воздухом или азотом (при сварке окисляющихся пластмасс). Присадочный материал нагревается и подводится с приложением давления. Очищенный газ нагревается в горелках с электрическим или газовым нагревом до температур, указанных в таблице 1.

У горелок с газопламенным нагревом воздух подводится по трубке из жаростойкой стали и нагревается газовым пламенем (рис. 1). Горючими газами служат водород, светильный газ, ацетилен или пропан. У горелок с электрическим нагревом (рис. 2) воздух подводится по трубке в керамический корпус с электрическим нагревателем.

Швы стыковых и тавровых соединений показаны на рис. 3.

Таблица 1. температура сварки некоторых пластмасс.

Пластмасса	Температура сварки, 0С
Поливинилхлорид твердый	300 - 350
Поливинилхлорид мягкий	250 – 300
Полиметилметакрилат	250 – 300
Полипропилен	240 - 280
Полиэтилен твердый	240 - 280
Полиэтилен мягкий	200 - 250
Полиизобутилен	250 - 300

Рис. 1. Горелка с газопламенным нагревом: 1 - вход для горючей газовой смеси; 2 - подогревательная спираль; 3 - выход газового теплоносителя; 4 - присадочный пруток; 5 - пламя; 6 - вход для воздуха или азота.	Рис. 2. Горелка с электрическим нагревом: 1 - вход для воздуха; 2 - электрическая нагревательная спираль; 3 - выход газового теплоносителя; 4 - присадочный пруток; 5 - электрический кабель.

Рис. 3. Стыковые и тавровое соединения пластмасс.

Сварка нагретым инструментом.

Соединяемые поверхности нагревают горячим инструментом до температуры сварки и сваривают под давлением с присадочным материалом или без него. Рекомендуют многослойную сварку деталей из твердого полиэтилена с присадочным материалом, частично или полностью пластифицированным.

Сварка с прямым нагревом.

Соединяемые поверхности нагреваются при непосредственном контакте с горячим инструментом. Между деталями, установленными встык или внахлестку, вводят контактирующий с ними инструмент с электрическим нагревателем, а после достижения требуемой температуры сваривают детали под давлением (рис. 27). Схватывание расплава с инструментом предотвращается уменьшением времени сварки и повышением температуры до 350—400 °С.

Применение. Сварка мягкого и твердого поливинилхлорида, твердого полиэтилена, полипропилена и др.. Сварка профилей и труб.

Рис. 27. Сварка нагретым инструментом с непосредственным нагревом: 1 — нагретый инструмент.

Сварка с косвенным нагревом.

Соединяемые поверхности нагреваются через толщу материала (рис. 28).

Рис. 28. Сварка нагретым инструментом с косвенным нагревом и распределение температуры: 1 — нагретый инструмент.

Способ применяют, прежде всего, для сварки пластмассовой фольги. Длительность сварки определяется теплопроводностью фольги, ее толщиной и температурой нагретого инструмента. Этим способом можно сваривать детали ограниченной толщины, зависящей от теплопроводности пластмассы, так как максимальная температура инструмента определяется температурой разложения пластмассы. Например, можно сваривать фольгу из твердого поливинилхлорида толщиной до 80 мкм, а фольгу из полиэтилена — толщиной до 500 мкм. Чем уже диапазон термопластичности, тем меньше толщина свариваемой фольги.

Применение. Сварка мягкого поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена. Способ часто используют при производстве упаковки. Поскольку инструмент нагревается кратковременными импульсами тока, способ называют также импульсной сваркой.

Сварка трением.

Так же, как и при сварке трением металлов, соединяемые поверхности осесимметричных пластмассовых деталей нагреваются в результате трения и свариваются под давлением без присадочного материала.

Рис. 29. Сварка вибротрением с угловым и линейным движениями

Особым случаем сварки трением является вибрационная сварка с угловым и линейным относительным движением (рис. 29). Детали совершают не непрерывное вращательное движение, а угловое или линейное, в результате чего в месте соединения выделяется теплота. Сварка осуществляется после оплавления и приложения давления. Частота вибрации превышает 100 Гц. Если обычной сваркой трением соединяют осесимметричные детали, то вибрационной сваркой можно соединять детали любой формы при условии, что сварной шов лежит в плоскости.

Применение: сварка полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, акрилового стекла, полиацетата, полиамида, приварка фланцев втулок, упаковка массовых грузов.

Сварка токами высокой частоты.

Соединяемые поверхности пластмасс, обладающих достаточно большими диэлектрическими потерями, нагреваются в поле переменного тока высокой частоты до температуры сварки и свариваются под давлением без присадочного материала. Когда пластмассу вводят в электрическое поле, то из-за поляризации атомов в нем протекает ток смещения. Образующиеся диполи колеблются в переменном поле, вследствие чего выделяется теплота.

Обычно применяют токи частотой 27,12 МГц, что соответствует длине волны 11 м, так как они не создают помех для радио и телевидения. При частоте более 200 МГц возникают определенные трудности.

В качестве оборудования для сварки токами высокой частоты, применяют различные устройства, аналогичные клещам для точечной сварки, машины для непрерывной сварки, аналогичные шовным сварочным машинам. При толщине фольги 0,1 и 0,2 мм достигается скорость сварки соответственно 6 и 2 мм/мин. Ток высокой частоты генерируется ламповыми генераторами или искровыми осцилляторами.

Применение. Преимущественно сварка фольги из мягкого и твердого поливинилхлоридов, полиамидов, сополимеров, целлюлозоацетата, ограниченно пластин и профилей из твердого поливинилхлорида. Способ неприменим для соединения деталей из полиэтилена, полипропилена, полистирола и политетрафторэтилена.

Ультразвуковая сварка.

При воздействии ультразвуковых колебаний пластмассовые детали, так же как и при ультразвуковой сварке металлов, нагреваются до требуемой температуры и свариваются под давлением. Давления составляют 20—50 кПа. Сварку протяженных швов можно выполнять неподвижным инструментом на роликовой опоре со скоростью 30 м/мин.

Применение. Соединение фольги, пластин или деталей с заполнителем или без заполнителя из полистирола и полиэтилена. Возможна сварка поливинилхлорида.

Экструзионная сварка

Экструзионная сварка сочетается с нагревом горячим газом. Ее применяют для соединения однопроходным швом толстостенных пластмассовых деталей. После нагрева кромок горячим воздухом до температуры сварки, в зону сварного шва подается под давлением через политетрафторэтиленовый шланг присадочный материал, пластифицированный в экструдере. Сечение присадочного материала примерно равно сечению сварного шва (рис. 30). К настоящему времени накоплен опыт сварки этим способом только твердого полиэтилена.

Рис. 30. Установка для экструзионной сварки: 1 — нагреваемый экструдер; 2 — шланг для горячего воздуха; S — политетрафторэтиленовый шланг для экструдированной массы; 4 — сварочная головка; 5 — сварочный башмак