Технология электрической сварки давлением, металлических строительных изделий

 

 

Рис. 5. Последовательность процессов стыковой сварки нагретым инструментом:

а- исходное положение изделий и нагревательного инструмента; б- оплавление свариваемых поверхностей; в- готовое сварное соединение; 1- свариваемые детали; 2- электронагревательный инструмент

 

Материал: твердый суспензионный, ударно-вязкий, мягкий поливинилхлорид, твердый полиэтилен, полипропилен, полиамиды.

Общая продолжительность сварки: t>60с.

Источник нагрева: электрический ток (нагрев электросопротивлением) или пламя горячего газа (пропан). Сварочные материалы, регуляторы температуры, теплообменники.

 

Б) Сварка враструб, сварка в выточку

В любых пространственных положениях

Изделия: толщина s>2мм, ручная сварка враструб, трубы D<50мм, машинная сварка враструб, сварка в выточку труб, панелей, фасонных деталей.

Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен.

Источник нагрева: электрический ток (нагрев электросопротивлением) или пламя горючего газа (пропан).

Сварочные аппараты, машины и принадлежности: Нагревающий элемент с инструментами для формирования шва (сварочный дорн или сварочная линза).

В) сварка тавровых и угловых соединений

Положение шва при сварке: нижнее

Изделия: толщина 2-10мм, панели.

Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен.

Продолжительность сварки 60с.

Источник нагрева: электрический ток (нагрев электросопротивлением)

Сварка выполняется без присадочных материалов.

Г) сварка нагретой проволокой

Положение шва при сварке: любые пространственные положения

Изделия: толщина s>1,5мм, панели, трубы.

Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, полиметилакрилат.

Продолжительность сварки: t>30с

Источник нагрева: электрический ток (нагрев электросопротивлением)

Сварочный аппарат: регулировочный трансформатор или регулировочный выпрямитель (при отсутствии регулировочного трансформатора)

Д) сварка нагретым клином

 

Рис. 6. Схема сварки нагретым клином нахлесточных соединений пленок:

1- свариваемые  пленки; 2– клиновидный нагревательный  элемент; 3- прижимной ролик; 4- сварной  шов; 5- транспортирующий ролик  

Изделие: толщина 0,5-10,0мм (ручная сварка), толщина 0,1-2,0мм (машинная сварка), фольга, гидроизоляционный материал, ткани с покрытием, панели.

Материал: мягкий поливинилхлорид, мягкий, твердый полиэтилен, полипропилен, полиамиды.

Источник питания: электрический ток (нагрев электросопротивлением)

Е) сварка термоимпульсом

 

Рис. 7. Схема термоимпульсной сварки полимерных пленок:

1- пленки; 2- нагреватель; 3- тепло и электроизоляция; 4- антиадгезионная прокладка; 5- подвижная губка; 6- эластичная подложка; 7- неподвижная губка; 8- сварной шов

 

 

 

Изделия: толщина 0,01-0,2мм (односторонний импульс), толщина 0,01-0,4(0,5) (двусторонний импульс), фольга, тонкая бумага, алюминиевая фольга с покрытием, оклеечная бумага.

Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, твердый суспензионный поливинилхлорид.

Источник нагрева: электрический ток (нагрев электросопротивлением).

Сварочные аппараты: ручные и механические устройства для сварки термоимпульсом.

Ж) сварка контактно-тепловая прессованием

 

 

Рис. 8. Схема прессовой сварки с нагревательным инструментом без охлаждения (а) и с охлаждением (б) боковых зон шва:

1- нагреватель; 2-теплоизоляционная пластина; 3- разделительная  прокладка; 4-свариваемые изделия; 5- охлаждаемый элемент

 

Изделия: толщина 0,01-0,2мм (односторонний нагрев), толщина 0,01-0,4мм (двусторонний нагрев), фольга, тонкая бумага и алюминиевая фольга с покрытием, оклеечный материал.

Материал: твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, оклеечный материал из различных пластмасс.

Источник нагрева: электрический ток (нагрев электросопротивлением)

Сварочные аппараты: Разделительная фольга из политетрафторэтилена, разделительная ткань с покрытие из политетрафторэтилена или силикокаучука (толщ. 0,13-0,15).

З) сварка ленточная

Применение нагревательного инструмента в форме лент дает возможность охлаждать свариваемое изделие в процессе сварки перед снятием давления, для этого последняя зона, через которую проходит материал, снабжается охлаждающим устройством. Что значительно повышает качество и производительность сварочных работ.

Рис. 9. Схема ленточной сварки полимерных пленок с двусторонним подогревом:

1- свариваемые  пленки; 2- стальная лента; 3- нагреватель; 4- охлаждающее устройство; 5- сварной  шов

 
И) роликовая сварка

Роликовая сварка применяется для соединения полимерных пленок при необходимости получения непрерывного шва значительной протяженности.

 

Рис. 10. Схема роликовой сварки с односторонним нагревом:

1- свариваемые  пленки; 2- прижимной ролик; 3- сварной  шов; 4- нагретый ролик

 

Сварка расплавом.

 

Сварка расплавом получила в последнее время широкое распространение благодаря простоте и высокой производительности, широким технологическим возможностям и высокому качеству сварных соединений.

Сварка может проводиться по непрерывной и периодической схемам. При непрерывной схеме сварки присадочный материал выходит из нагревательного устройства непрерывно, а при проведении процесса по периодической схеме периодически поступает в зазор между деталями, установленными в форму или зажатыми в приспособлении.

Сварку расплавом целесообразно осуществлять при высоких скоростях подачи расплава в шов и максимальной его массе, так как в этом случае присадочный материал теряет меньше теплоты и нагревать его можно до более низких температур.

Рис. 11. Схема сварки расплавом, получаемым экструзией:

1. экструдер; 2- расплавленный присадочный материал; 3- свариваемые пленки; 4-прижимные ролики; 5- сваренный материал

Сварка трением.

Отличительными особенностями сварки трением являются малое время сварки (несколько секунд), локальное выделение тепла, высокая прочность сварного шва, возможность сварки поверхностей без их предварительной очистки, в том числе поверхностей, имеющих окисную пленку и различные инородные включения.

Сваркой трением хорошо соединяются полиэтилен, полипропилен, полиоксиметилен, поливинилхлорид, полиамиды, полистирол и сополимеры на его основе, а также некоторые фторполимеры. Сваркой трением могут соединяться не только однородные, но также и разнородные пластмассы.

Сварка трением широко применяется для соединения различных деталей, имеющих форму тел вращения, а также деталей любой формы, соединяемые поверхности которых находятся в одной плоскости, например, труб малых и средних диаметров, водопроводной арматуры, изделий сантехники, фильтров, резервуаров и др.

Рис. 12. Принципиальная схема сварки трением с использованием вращения одной детали (а), обеих деталей (б), вставки (в):

1- вращающаяся деталь; 2- сварной  шов; 3- неподвижная деталь; 4- вставка

Ультразвуковая сварка

Мощные ультразвуковые колебания находят широкое применение в промышленности, а также в науке для исследования некоторых физических явлений и свойств веществ. В технике ультразвук используют для обработки металлов и в дефектоскопии. Широко применяется в медицине. В сварочной технике ультразвук может быть использован в различных целях. Воздействуя им на сварочную ванну в процессе кристаллизации, можно улучшить механические свойства сварного соединения, благодаря измельчению структуры металла шва и удалению газов. Ультразвук снижает или снимает собственные напряжения и деформации, возникающие при сварке. Одним из наиболее перспективных применений ультразвука является ультразвуковая сварка (УЗС), получившая в последние годы большое развитие, как в нашей стране, так и за рубежом.

Способ разработан в 1958 г. учеными МВТУ им.Н.Э.Баумана под руководством академика Николаева Г.А.

Основными отличительными чертами УЗС пластмасс является:

1) возможность сварки  по поверхностям, загрязненным различными  продуктами;

2) локальное выделение теплоты  в зоне сварки, что исключает  перегрев пластмассы, как это  имеет место при сварке нагретым  инструментом, нагретыми газами  и т.д.;

3) возможность получения неразъемного  соединения при сварке жестких  пластмасс на большом удалении  от точки ввода УЗ энергии;

4) возможность выполнения соединений  в труднодоступных местах;

5) при УЗС нагрев материала  до температуры сварки осуществляется  быстро; время нагрева исчисляется  секундами и долями секунды.

Способ УЗС пластмасс заключается в том, что электрические колебания УЗ частоты (18-50 Кгц), вырабатываемые генератором, преобразуются в механические колебания сварочного инструмента - волновода и вводится в свариваемый материал. Здесь часть энергии механических колебаний переходит в тепловую, что приводит к нагреву зоны контакта соединяемых деталей до температур вязкотекучего состояния. Для обеспечения надлежащих условий ввода механических колебаний и создание тесного контакта свариваемых поверхностей прикладывается давление между волноводом и опорой. 6. Такой контакт обеспечивается статическим давлением Рст. рабочего торца волновода на свариваемые детали.

 Это давление  способствует также концентрации  энергии в зоне соединений. Динамическое  усилие, возникающее в результате  колеблющегося волновода, приводит  к нагрузку свариваемого материала, а действие статического давления обеспечивает получение прочного сварного соединения. Механические колебания и давление в этом случае действуют по одной линии перпендикулярно к свариваемым поверхностям. Такая схема ввода энергии применяется для УЗС пластмасс в отличие от "металлической схемы, когда механические колебания действуют в плоскости соединяемых поверхностей, а давление перпендикулярно к ним. Подвод энергии от волновода может быть односторонним и двусторонним.

Различают сварку ультразвуком в ближнем и дальнем поле. Первая позволяет сваривать поверхности на расстоянии до 5 мм от места ввода в материал ультразвуковых колебаний. Вторая – до 250 мм. При сварке в ближнем поле для равномерного распределения энергии по всей площади контакта свариваемых деталей необходимо. Чтобы площадь и форма рабочего торца инструмента-волновода и плоскости контакта свариваемых деталей были идентичны. Этот способ сварки наиболее часто применяется для сварки внахлестку.

 

Рис. 13. Схем ы ультразвуковой сварки в ближнем поле:

а- прессовая сварка; б- роликовая сварка; 1- волновод; 2- свариваемые детали; 3- опора

 

 

 

 

Рис. 14. Схемы ультразвуковой сварки в дальнем поле:

1- волновой  инструмент; 2- свариваемое изделие

 
Оптимальные параметры режима сварки зависят от свойств свариваемого материала, толщины и формы изделий и других факторов и устанавливаются в каждом конкретном случае экспериментально к реальным изделиям. Оценка режима обычно проводится по показателям прочности сварного соединения. Кроме того, проверяют его на герметичность, деформацию и другие характеристики.

Сварка токами высокой частоты.

Отличительными особенностями высокочастотной сварки пластмасс являются:

Одновременный нагрев по толщине свариваемых материалов, близкий к равномерному. Что исключает перегрев наружных поверхностей;

Высокая скорость нагрева, позволяющая ограничивать время сварочного цикла несколькими секундами;

Возможность изготовления за одну операцию изделий со сложной конфигурацией сварного шва;

Широкое использование для соединения внахлест пленочных полимерных материалов, синтетических швейных материалов.

 

Рис. 15. Схема высокочастотной сварки:

1, 5- плиты пресса;

2,4 – электроды;

3- свариваемые материалы

 

 

При индукционной сварке нагрев закладного элемента осуществляется в электромагнитном высокочастотном поле с использованием индуктора, подключенного к генератору высокой частоты

 

Рис. 16. Схема индукционной сварки:

1, 3- свариваемые  изделия; 2- закладной нагревательный  элемент в виде проволоки; 4-                    индуктор; 5- генератор высокой частоты

 

 

Сварка излучением.

Отличительными особенностями сварки излучением являются отсутствие при нагреве прямого контакта между поверхностью излучателя и нагреваемо поверхностью4 возможность в широких пределах управлять режимами нагрева, изменяя мощность излучения и поглощающую способность облучаемого материала.

Рис. 17. Схема сварки световым излучением листового термопласта с применением присадочного материала:

1- присадочный пруток; 2- подогреватель; 3- точечный излучатель; 4- стержневой  излучатель; 5, 7- ролики; 6- листовой термопласт; 8- пружина

 

Рис. 18. Схема сварки полимерных пленок лазерным излучением:

1- отклоняющее зеркало; 2-луч лазера; 3- лазер; 4- свариваемые пленки; 5- транспортирующий  ролик; 6- прижимной ролик; 7- фокусирующая  линза

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластических масс: Учеб.пособие. -М.: Химия, 1987.-168 с.

2. Т.А. Кузьмук, Е.Н. Деркач, Справочник по сварке и склеиванию пластмасс, Киев 1986.- 193 с.