Сварка пластиков: Методы сварки пластмасс — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Методы сварки пластмасс

Потребности в сварке пластиковой тары возникают, например, когда необходим контейнер с нестандартным размером основания — 800х400, 1000х400 или 1200х400 мм.

Кроме того необходимость в сварке может возникнуть при производстве стандартных гигиенических паллет. Такие паллеты должны быть полностью гладкими как сверху, так и снизу и производятся они из 2 половинок, по sandwich-схеме.

На рис. контейнер 800х400 мм, сваренный из двух частей:

Существует несколько методов сварки пластика, которые предлагает Георг Утз:

Вибрационная сварка
Сварка нагревательным элементом
Инфракрасная сварка
Сварка горячим воздухом (горячим газом)
Ручная сварка
Ультразвуковая сварка
Лазерная сварка

Вибрационная сварка

Вибросварка представляет собой трение, при котором возникает температура, достаточная для того, чтобы полимерные детали расплавились и состыковались между собой всего за несколько секунд. Такой метод применяется, когда нужно сплавить крупные предметы, а также в тех случаях, когда необходимы короткие временные циклы.

Материалы, которые можно сварить методом вибросварки:

Пластмассы одного сорта и типа (например, АБС и АБС)
Пластмассы того же сорта и другого типа (например, армированные и обычные)
Полимеры с другими материалами (например, текстиль)

Сварка нагревательным элементом

При этом процессе чаще всего используются инструменты с тефлоновым покрытием, чтобы избежать прилипания пластмассы. Стыкуемые поверхности пластиковой тары подгоняются друг к другу и нагреваются электрически нагретым инструментом до того момента, пока пластмасса не расплавится. Далее расплавленные поверхности спрессовываются и создается сварочный шов. Такой метод подходит для хрупких и чувствительных деталей и для крупных сложных изделий. К преимуществам такого способа относятся высокая прочность шва и относительная простота процесса.

Инфракрасная сварка

Инфракрасная сварка полимеров относится к бесконтактным методам. Соединяемые участки нагреваются посредством ИК-лучей. При ИК-сварке используется коротковолновое (0,78-2 мкм) и средневолновое (2-4 мкм) излучение для глубоких слоев и для поверхности соответственно.

Сварка горячим газом

Сварка горячим воздухом является одним из первых разработанных методов сварки полимеров. При данном процессе тепло передается от нагревательного блока к стыкуемым поверхностям газовым потоком. Затем детали соединяются между собой под давлением и охлаждаются.

Ручная сварка

Перед тем, как сварить детали ручным способом, необходимо убедиться, что материал прутка ручного инструмента идентичен материалу деталей. После этого, при необходимости, сплавляемые поверхности очищаются и затем свариваются. После охлаждения сварочного шва излишки пластика зачищаются. Этот способ применяется не только при необходимости соединить вместе несколько компонентов, но и при ремонте повреждений пластиковых изделий.

Ультразвуковая сварка

При ультразвуковой сварке пластиковой тары создаются механические колебания, которые преобразовываются в тепловую энергию. Данный процесс легко автоматизировать, поэтому он подходит для изготовления большого потока изделий. К основным преимуществам такого метода относят высокую производительность при небольших затратах, возможность сварки загрязненных поверхностей, сварочные швы различных масштабов (от точечной сварки до непрерывного длинного шва), соединение практически всех видов пластика, незаметные швы.

Лазерная сварка

Лазерная сварка пластмасс особенно необходима там, где требуется осторожное обращение (например, при стыковке электронных компонентов) или в стерильных условиях. Кроме того при помощи лазерной сварки можно стыковать изделия со сложными линиями. Преимуществами такого метода являются отсутствие повреждений и деформации стыкуемых изделий, незаметный шов, возможность сварки сложных деталей, а также возможность соединения пластмасс разных видов (например, АБС, ПА, ПБТ, ПС, ПММА, стеклопластик и др. )

	Преимущества	Недостатки
Вибрационная сварка	Относительно короткое время цикла (20 секунд)	Механическая нагрузка
	Высокая прочность	Толстый шов
	Возможность автоматизации	Невозможность контурной обработки
	Возможность сварки больших изделий

Сварка нагревательным элементом	Высокая прочность	Длительное время цикла (180-300 секунд)
	Гладкий сварной шов	Необходимость поддерживать в чистоте нагревательный элемент
	Возможность сварки 2 и более компонентов	Необходимость периодической регулировки инструмента
	Надежность и адаптивность	Большое потребление энергии
		Возможны затруднения в обработке сложных деталей

Инфракрасная сварка	Относительно короткое время цикла 60 секунд)	Трудоемкий процесс управления
	Бесконтактная сварка	Дороговизна контурных нагревателей
	Отсутствие механической нагрузки
	Возможность контурной обработки

Сварка горячим газом	Отсутствие механической нагрузки на детали	Высокое потребление энергии
	Высокая прочность шва	Дороговизна оборудования
	Возможность контурной обработки

Ультразвуковая сварка	Короткое время цикла (10 секунд)	Механическая нагрузка
	Возможность интеграции в производственную линию	Необходимость в защите слуха
	Адаптивность	Повреждения от резонанса

Лазерная сварка	Качество (незаметный шов)	Ограниченность в используемых материалах
	Отсутствие механической нагрузки	Необходимость в защите глаз
	Большая адаптивность и возможность интеграции в производство	Невозможность автоматизации процесса
	Точность и воспроизводимость

Компания Георг Утз принимает заказы на сварку пластмасс любой сложности. Если у Вас возникли вопросы по сварке промышленной тары, свяжитесь с нашими специалистами по телефону +7 (499) 391-79-33 или электронной почте [email protected]

Сварка пластмасс – создание целого из составных частей

Пластмассы являются полимерными материалами преимущественно синтетического происхождения, которые обладают высокими пластичными свойствами на изначальной стадии производства, а застывая, обретают механическую прочность и жесткость. Полимеры различного типа используются практически во всех сферах производства, науки и жизнедеятельности человека. Для создания сложных конструктивных элементов, а также для ремонта деталей из полимеров применяется сварка пластмасс.

Суть процесса и его основные разновидности

Сам процесс представляет собой создание неразрушимого слоя между двумя частями полимера, который по прочности не будет уступать основному материалу. Существует два основных вида соединения молекул полимера между собой:

сварка в вязко-текучем состоянии;
химическое взаимодействие.

В первом случае процесс происходит без внедрения дополнительных реагентов на стадии, когда между молекулами связь наиболее ослаблена. В зависимости от типа соединяемых полимеров, полярности и прочности связей, различают итоговый результат.

Все пластмассы могут быть разделены на три основных категории по типу взаимодействия между собой – не свариваемые, ограниченно или полностью свариваемые.

При идеальных условиях необходима небольшая температура (около +50 градусов Цельсия) и максимальные взаимные диффузионные качества обеих материалов (способность проникать друг в друга на молекулярном уровне). Итоговый сварной шов может достигать значения до 100% прочности по сравнению с основными материалами.

Второй способ применяется для материалов, которые невозможно соединить диффузионным методом (реактопласты в твердой фазе, полиамиды). В основе способа лежит создание прочных химических связей между молекулами с добавлением определенных присадок, которые по химическим свойствам или по структуре будут близкими к свариваемым материалам.

Наиболее распространенные способы

Основная задача любого способа сварки полимеров – добиться неразрывного соединения между материалами путем плавного перехода одного вещества в другое посредством присадки или без нее.

Существует огромное количество разновидностей сварки синтетических полимеров вне зависимости от основного метода (химия или диффузия). Наибольшее распространение получили два способа:

сварка при помощи ультразвука;
холодный способ.

Несмотря на одинаковые стремления к итоговому результату, суть процессов принципиально отличается. Чтобы понять основные принципы и особенности технологии, стоит рассмотреть каждый из вариантов более подробно.

Соединение при помощи ультразвука

Ультразвуковая сварка пластмасс – достаточно новый метод соединения различных полимеров между собой. Принцип действия основан на взаимодействии молекул материала с ультразвуковыми колебаниями. В большинстве случаев этот метод является единственным способом соединения различных не свариваемых пластмасс.

Процесс происходит по следующей технологии:

две части изделия укладываются в специальное гнездо, к которому прилегает волновод;

генератор волн вырабатывает колебания в диапазоне от 20 до 50 кГц, которые затем при помощи специальной установки становятся механическими колебаниями и передаются на волновод;
специальная пневматическая установка прижимает волновод к частям свариваемых компонентов и производит воздействие на них;
под действием смешанного вида волны происходит ослабление молекулярных связей между полимерами и происходит взаимная диффузия;
после соединения полимеров, ультразвуковая волна перестает вырабатываться генератором, а детали еще некоторое время лежат в зоне сварки, укрепляя вновь созданные молекулярные связи.

Когда пройдет небольшой промежуток времени полученную деталь можно вынимать из аппарата и использовать. В подавляющем большинстве случаев соединение деталей происходит внахлест двумя способами – по всему периметру и точечно.

Существует целый ряд преимуществ такого способа. В первую очередь стоит назвать экологичность самого процесса – отсутствие дополнительных химических реагентов и присадок, а также нагревания материалов. Во время всей процедуры не выделяются вредные газы или канцерогены.

Во-вторых, этот способ надежен и обладает высоким уровнем качества, выраженный в достижении неразрывного соединения с высокими показателями прочности. Можно добиться высокой степени герметичности без нарушения внешнего вида (сварного шва как такового не существует).

В-третьих, метод ультразвука универсален и позволяет производить сварку полимеров, различных по своей структуре. В-четвертых, этот способ наиболее подходящий для автоматизированных процессов и успешно реализуется на многих заводах в сборочных цехах.

При помощи этого метода успешно и надежно соединяют между собой поликарбонат, материалы на основе ПВХ, полистирол, полиамид и им подобные вещества.

Способ холодной сварки

Холодная сварка для пластмассы – это процесс, немного не укладывающийся в общий концепт понятия сварочных работ. По большому счету – это клей на основе химически активных компонентов, который частично разрушает структуру соединяемых деталей между собой, дополнительно склеивая их при помощи присадок. Сам термин «холодная» символизирует отсутствие термического нагрева между соединяемыми компонентами и их физического плавления.

Различают два основных вида холодной сварки:

двухкомпонентные полимерные клеи;
специальный стержень с активным веществом.

В первом случае необходимо смешать в определенных пропорциях, которые указаны производителем, оба компонента и нанести однородную массу на склеиваемые поверхности. В качестве основного компонента используют чаще всего эпоксидную смолу, а вторая составляющая – отвердитель.

Степень полимеризации состава зависит от химических характеристик и типа активных компонентов. Примерно через сутки склеиваемые поверхности обретают максимальную прочность.

Во втором случае, «сварка» выглядит в виде стержня с оболочкой и внутренним активным веществом. Для получения необходимой реакции компоненты смешивают. Сначала отрезается необходимый кусок стержня, а затем в течение нескольких минут он активно разминается вручную до получения однородной пластичной массы, которая и служит соединительным веществом.

Специалисты рекомендуют для соединений встык или внахлест использовать клей, а для герметизации или заделывания отверстий – замазку.

Вне зависимости от используемого типа холодной сварки, необходимо соблюдать основные меры безопасности и технологию:

обязательно обезжирить соединяемые поверхности;
работать с использованием средств личной защиты (перчатки, очки, респираторы) в помещениях с высоким уровнем проветривания или вентиляции;

строго придерживаться инструкции производителя по дозировке компонентов клея или времени разминания стержня.

Главное преимущество такого способа соединения полимеров – относительная простота и возможность сделать все в домашних условиях без применения специального оборудования. К недостаткам стоит отнести довольно слабая сопротивляемость полученного соединения к вибрациям и ударам, а также полное отсутствие привлекательного внешнего вида.

Краткие итоги

Сварка полимеров – необходимый процесс, который применяется как в условиях производства, так и дома. Если метод при помощи ультразвука больше относится к масштабным промышленным отраслям, то при помощи холодной сварки можно соединить различные полимеры между собой или с другими материалами (металл, керамика) в домашних условиях без использования сложного оборудования.

Обзор техник сварки жестких пластиков

На сегодняшний день существует такое разнообразие сварочных технологий и малогабаритных ручных безопасных устройств, что при необходимости в прочном соединении становится возможным выбрать тот метод, с которым не трудно справиться. Тем более, что наряду с термопластами, которые успешно можно склеить, существует ряд таких, которые по своей природе мало пригодны для склеивания.

Некоторые из них (виниловые ткани, например) требуют специфических клеев, далеко не всегда доступных, другие (полиэтилен и полипропилен) с низкой поверхностной энергией – предварительной обработки специальными грунтовками, коронным разрядом или пламенем. В таких случаях сварка становится если не единственным, то однозначно наилучшим и максимально эффективным способом, позволяющим создать прочное соединение, надежно выдерживающее эксплуатационные нагрузки.

Сварочные соединения бывают разных типов – встык и внахлестку. Основное внимание в этой статье будет уделено соединениям встык, т. к. используемые в рекламе жесткие пластики имеют осязаемую толщину, не позволяющую осуществлять сварку внахлестку при необходимости создания плоской конструкции. Несколько слов все же следует сказать о втором типе сварочных швов в силу их актуальности при соединении виниловых тканей.

Сварка виниловых тканей

В процессе сварки виниловых тканей, что предпочтительнее склеиванию, два полотна укладываются друг на друга таким образом, чтобы ширина нахлестки обеспечила необходимую прочность, зависящую от последующей нагрузки (силы натяжения).

Специальная плоскощелевая насадка сварочного устройства (шириной 20 — 40 мм) вводится в шов и обе свариваемые поверхности разогреваются до нужной температуры. Нагрев осуществляется горячим воздухом, температура которого выбирается в зависимости от рекомендованных температур сварки для того или иного материала. Одновременно с нагревом для достижения максимальной прочности соединения к шву прикладывается давление с помощью валика. Давление должно быть выбрано таким, чтобы не растянуть свариваемый материал, находящийся после разогрева в пластичном состоянии. Основная рекомендация: сварка должна проводиться равномерно, плавно, без рывков и остановок при оптимальной температуре горячего воздуха.

Рис. 1 Процесс сварки с использованием ручного сварочного аппарата

Сварка жестких пластиков

Сварка жестких полимеров осуществляется в термопластичном состоянии материала, поэтому сваривать можно только те пластмассы, которые в этом состоянии обладают достаточно высокой жесткостью. К таким материалам относится большинство аморфных и частично кристаллических термопластов – акриловое стекло, поликарбонат, ПВХ, полистирол, АБС и другие. Это обусловлено их достаточно высоким молекулярным весом. Следует отметить, что литые термопласты, в отличие от экструдированных, условно пригодны для сварки, поскольку при нагревании термопластичное состояние достигается в недостаточной степени. Дополнительное повышение температуры приводит не к желаемому размягчению, а вызывает разрушение и образование пузырьков вследствие возможного испарения летучих составляющих.

Для достижения наилучших результатов сварки следует ответственно подходить к выбору оптимальной температуры нагревания, давлению и времени нагревания свариваемых материалов. При длительном воздействии температуры может возникнуть опасность термического повреждения. Необходимо также принимать во внимание усадку материалов при охлаждении, которая проявляется в значительно большей степени, чем у металлов. Во избежание остаточных после сварки напряжений при охлаждении следует не допускать ограничения усадки. Это значит, что принудительное охлаждение водой или воздушной струей недопустимо.

Существует несколько важных правил для проведения сварочных работ, позволяющих избежать возникновения нежелательных внутренних напряжений, вызванных предыдущей обработкой.

Правила заключаются в следующем:

• нагревание сварочной зоны должно осуществляться равномерно;
• нагревать следует достаточно большой объем материала;
• охлаждение должно проводиться медленно и равномерно.

В результате местного нагрева могут возникнуть внутренние напряжения, приводящие к возникновению трещин. Трещинообразование происходит не сразу, а постепенно в период эксплуатации изделия. Эти внутренние напряжения могут быть в значительной степени сокращены, если деталь после сварки подвергнуть тепловой обработке (отжигу) при температуре 60 – 80 °С. время отжига в зависимости от толщины материала составляет от 1 до 3 часов. Отжигу после сварки должно подвергаться большинство термопластов, в особенности это касается акрилового стекла.

Этапы сварочного процесса

Процесс сварки можно разделить на следующие операции:

1. Подготовка свариваемых поверхностей.
Перед сваркой особенно тщательно рекомендуется очищать детали с той стороны, с которой она будет осуществляться. Очищение производится с помощью соответствующих типу пластика очищающих средств или посредством механической обработки.
2. Нагревание в зоне сварки.
3. Приложение давления, необходимого для сварки.
4. Охлаждение сварного шва.

После сварки в соответствии с характеристиками материала сварной шов можно оставить в неизменном виде или обработать посредством опиливания, шлифования или зачистки, избегая его повреждения и разрывов.

Методы сварки

Нагревание свариваемых деталей может осуществляться с помощью теплопередачи, конвекции, излучения и за счет внешнего или внутреннего трения. Это определяет существование многочисленных методов сварки – горячим газом, с использованием нагревательного элемента, ультразвуковая, фрикционная (ротационная, вибрационная и линейная).

Сварка горячим газом с применением сварочной проволоки

Передача тепла в этом процессе осуществляется горячим газом, нагнетаемым при низком давлении (P макс. = 0,3 бар). Чаще всего применяют сухой, не содержащий масел воздух. При использовании сварочного аппарата свариваемый материал и сварочная проволока размягчаются и соединяются с приложением давления.

Сварка может осуществляться вручную или при помощи сварочного оборудования. Сварка горячим газом, производимая вручную, требует большого опыта и сноровки, поэтому рекомендуется ее доверять только подготовленному персоналу.

Сварочные агрегаты быстрого нагнетания с успехом могут применяться для проведения быстрой сварки. Процесс скоростной сварки еще называется сваркой горячим газом с протяжкой. В этом процессе основной материал и сварочная проволока перед соприкосновением предварительно нагреваются. Для удобства и расширения возможностей сварочные проволоки производятся в виде прутьев различной длины, цветов и сечений.

Рис. 2 Типы сварочной проволоки

Оборудование, используемое в этом методе, позволяет производить прочную и надежную сварку благодаря однородному нагреву проволоки и листа. Для серийного проведения сварочных работ предпочтительно полуавтоматическое оборудование с механической подачей.

Используя сварочную проволоку, следует помнить о следующих рекомендациях:

• При больших швах в качестве сварочной проволоки преимущественно применяются профильные стержни, профиль сечения которых выбирается в зависимости от профиля шва (например, трехгранные при V-образных швах).
• С помощью V-образного шва сваривают листы небольшой толщины.
• С помощью Х-образного шва сваривают листы большой толщины. При создании Х-образного шва предпочтительно производить сварку попеременно с двух сторон во избежание смещения сварочной проволоки в месте сварки относительно свариваемого материала.
• Применение сварочной проволоки целесообразно при сварке с образованием углового соединительного шва.

Величины температур горячего газа должны выбираться в соответствии с типом и толщиной материала. Это обеспечивает наилучшие результаты сварочного процесса.

Рис. 3 Сварка горячим газом с протяжкой

Описание устройства для сварки горячим газом с протяжкой

Сварочная проволока нагревается в мундштуке и клювообразным устройством у нижнего края отверстия вдавливается в сварное соединение. Движением сопла вперед сварочная проволока автоматически подтягивается. Иногда сварочную проволоку приходится подталкивать вручную, чтобы избежать ее чрезмерного вытягивания вследствие трения в сопле. Скорость сварки достаточно высока. Преимущество устройства заключается в том, что давление, необходимое для сварки, можно прикладывать равномерно и без усилий. Скоростная сварка в большинстве случаев предпочтительна, но она все же не всегда применима в труднодоступных местах.

Веерная сварка горячим газом

Это одна из модификаций сварки горячим газом. При веерной сварке осуществляется ручная подача сварочного аппарата и сварочной проволоки. Скошенный конец сварочной проволоки держат у начала сварного соединения и вместе с основным материалом нагревают, в чем заключается отличие от вышеописанного метода. Сопло при этом ведут веерообразными движениями в направлении шва так, чтобы горячий воздушный поток достигал основного материала и сварочной проволоки. Прикладывая по возможности вертикальное давление, сварочную проволоку размещают в направлении сварного шва. При этом она нагревается только в нижней изогнутой части.

Рис. 4 Веерная сварка горячим газом

Рис. 5 Устройство для веерной сварки горячим газом

Сварочный процесс будет осуществлен успешно, если:

— используется недеформированная сварочная проволока;
— обеспечивается равномерное распределение тепла;
— сварочная проволока (при веерной сварке) вводится вертикально;
— давление к сварочной проволоке прикладывается правильно и постоянно;
— обеспечивается постоянная скорость процесса.

Показателем правильно выполняемой сварки является образование головной волны перед сварочной проволокой и сварочной кромки с двух сторон от ввариваемой проволоки.

Сварка с применением нагревательных элементов (встык под давлением)

В этом методе обе соединяемые детали нагреваются у поверхностей стыка с помощью нагревательного элемента и свариваются при прикладывании усилия. Поверхности предварительно необходимо зачистить и обезжирить. При всех способах сварки с применением нагревательного элемента распределение приложенных сил во времени примерно одинаково. Вначале прикладывается некоторое давление, затем поверхности стыка прижимаются к нагревательному элементу. При низком давлении разогрева обе детали в сварной области нагреваются до размягчения. Следующая фаза – удаление нагревательного элемента. Чтобы изменение температуры по возможности было минимальным, обе свариваемые детали быстро подводятся одна к другой, при этом прикладывается такое давление, которое обеспечит образование валика в месте сварного шва. Прикладываемое давление не должно вести к выдавливанию расплавленного материала из зоны сварки более, чем это необходимо. В течение периода охлаждения давление соединения должно сохраняться неизменным. Сварка заканчивается тогда, когда заготовка достигает температуры окружающей среды.

Этот сварочный процесс – простой в осуществлении и быстрый – дает очень прочное сварное соединение с минимальными внутренними напряжениями.

Если в соответствии со свойствами материала соблюдены все условия, необходимые для сварки (температура нагревательных элементов, сила прижима к элементам нагрева, давление при совмещении, немедленное соединение после удаления нагревательных элементов), то в этом случае можно достичь такого качества сварного шва, которое по прочностным характеристикам будет очень близким к прочности самого свариваемого пластика.

Предварительный нагрев по длительности не должен превосходить необходимое для размягчения материала время (зона размягчения материала должна быть приблизительно 1 – 2 мм).

Сварка в сочетании с фальцовкой

Сварка с фальцовкой является модификацией метода сварки при помощи нагревательных элементов. Лист размещают на плоской опоре, предварительно нагретый инструмент располагают точно в намеченном месте сгибания и таким образом производят плавление. Острие инструмента должно образовывать угол 60° и проникать в материал на глубину равную 2/3 толщины листа (перед тем как будет извлечено). Лист сгибается и тотчас спаивается в предварительно нагретом месте. Для того, чтобы достичь необходимой силы прижима, угол между нагреваемыми поверхностями должен быть приблизительно на 15 – 20° меньше, чем желаемый угол сгибания. Для толстых листов можно сократить время нагрева предварительной фрезеровкой V-образного паза соединительного шва.

Ультразвуковая сварка

Соединяемые поверхности перемещаются посредством ультразвука. При этом механические колебания приводят к внутреннему нагреванию и пограничному трению на соединяемой поверхности, вследствие чего вся деталь нагревается. Затем поверхности соединяются под давлением.

Фрикционная сварка

При фрикционной сварке нагревание для размягчения деталей производится с помощью трения. Фрикционная сварка бывает трех видов – ротационная, вибрационная и линейная.

Ротационная сварка

Необходимой предпосылкой для применения этого метода является осесимметричность соединяемых деталей, т. е. соединяемые поверхности должны быть круговыми, коническими или другой соответствующей формы.

Одна из осесимметричных соединяемых деталей приводится во вращательное движение, а вторая в этот момент жестко зафиксирована. Когда находящаяся в режиме свободного хода деталь по возможности с высоким давлением прижимается к неподвижной детали, вследствие торможения возникает тепло трения, что обеспечивает возможность осуществить быструю сварку. Если образовавшийся на месте сварного шва валик будет подвергаться последующей обработке, следует учесть, что эта операция может привести к снижению прочности на разрыв.

Рис. 6 Принцип ротационной сварки

Вибрационная и линейная сварка

Вместо производимого при ротационной сварке непрерывного вращательного движения при вибрационной и линейной сварке необходимый разогрев осуществляется за счет взаимно противоположного углового или линейного движения. При этой операции обе соединяемые детали одновременно прижимаются друг к другу. Вследствие этого возникает тепло, ведущее к размягчению, достаточному для создания сварного соединения. В конце процесса сварки соединяемые детали закрепляются в необходимом конечном положении.

Если от проведения сварочных работ по тем или иным причинам отказались, а необходимость в прочном соединении пластиковых деталей остается актуальной, рекомендуется прибегнуть к склеиваю, но только в том случае, если прочность соединения будет достаточна для сопротивления последующим эксплуатационным нагрузкам.

Татьяна Дементьева
инженер-технолог

Сварка пластмасс

Сварка пластмасс по сравнению с другими способами соединения деталей и узлов является наиболее технологичным способом, позволяет механизировать процесс сборки, увеличить его производительность и улучшить качество соединения. С помощью сварки получают неразъемные соединения деталей, узлов, изделий и строительных конструкций.

Сейчас сварка является одним из ведущих технологических процессов в современном строительстве при изготовлении и монтаже изделий и конструкций из пластмасс и материалов, покрытых пластмассами, от степени развития и совершенствования которой во многом зависит уровень технологии в строительстве.

Сейчас разработаны и применяются самые различные способы сварки, с помощью которых обеспечивается соединение деталей из всех до сих пор известных термопластов.

Сварка изделий и конструкций из термопластов осуществляется взаимной диффузией макромолекул в зоне сварки деталей, в местах контактов которых материал нагрет до размягченного состояния. При сварке с присадочными прутками взаимная диффузия макромолекул осуществляется между материалом свариваемых детален и присадочных прутков, а при многослойной сварке также и между присадочными прутками.

Процесс сварки осуществляется в узких температурных границах — ниже температуры разложения, но выше температуры размягчения.

При всех способах сварки при правильно установленном технологическом процессе основной, а также присадочный материал в зоне сварки нагревают до вязко-текучего состояния.

Технологический процесс сварки термопластов осуществляется за два перехода: первый — нагрев деталей или деталей и сварочного прутка в зоне сварки, второй — приложение механического усилия (сварочного давления) в зоне сварки, под действием которого образуется сварное соединение (сварной шов).

Принципиально сварка термопластов и материалов, покрытых пластмассами, всеми до сих пор известными способами идентична контактной сварке металлов методом сопротивления.

В последнее время разработан способ сварки реактопластов, сущность которого заключается в продолжении химической реакции отверждения. В реакции принимает участие связующее соединяемых поверхностей деталей в зоне сварки.

Установлено, что природа сварки различных отвержденных пластиков в каждом отдельном случае обусловлена механизмом отверждения их связующего. При конденсации отвержденных смол и на любом этапе отверждения в смоле сохраняется некоторое количество реакционно-способных функциональных групп, полное использование которых невозможно, так как поликонденсация является равновесным процессом (заканчивается как только в смоле установится равновесное состояние). Даже тепловая обработка готового изделия при высоких температурах не приводит к использованию всех функциональных групп.

Классификация способов сварки, применяемых для соединения деталей, узлов и конструкций из термопластов

Выбор способа сварки зависит от свойств термопластов, типа изделий и конструкций, сортамента применяемых пластмасс и т. д. Как и при сварке металлов, механизированные процессы являются более экономичными при крупносерийном и массовом производстве. Для сварки реактопластов применяют высокочастотную и ультразвуковую сварку (по литературным данным «химическую сварку»).

Сварку пластмасс газообразными теплоносителями используют в строительстве сравнительно давно, в общем объеме производства сварных изделий и конструкций она занимает одно из первых мест. Этот способ наиболее универсален и маневрен, он нашел применение при изготовлении изделий и крупноразмерных заготовок в заводских условиях, а также в построечных условиях при монтаже сварных пластмассовых конструкций.

Сваркой газообразными теплоносителями выполняют все сварные соединения: встык, внахлестку, впритык (тавровые соединения), угловые, торцовые, с накладками, пробочные, отбортованные (совмещенные, стыковые, боковые), X-образные, V-образные, U-образные й др. Исходя из объемов производства сварных пластмассовых изделий и конструкций и их конструктивных особенностей, применяют те или иные виды сварки газообразными теплоносителями — ручную, полуавтоматическую, автоматическую с использованием приспособлений, способных эффективно работать с высокопроизводительным оборудованием. Сварные соединения чаще всего образуются за счет применения присадочных материалов. Беспрутковая сварка газообразными теплоносителями применяется для сварных конструкций из пленок. Для сварки пластмассовых листов этот способ пока не нашел большого практического применения. Хотя сварка газообразными теплоносителями по сравнению с другими способами менее производительна и экономична, она и в будущем будет применяться в строительстве в значительных масштабах там, где нельзя использовать более совершенные способы сварки: при изготовлении изделий из листовых пластмасс, выполнении потолочных и горизонтальных швов в монтажных условиях и т. д.

На второе место по масштабам применения в строительстве следует отнести контактную сварку, объем которой в выпуске сварных изделий и конструкций из пластмасс и материалов, покрытых пластмассами, довольно быстро увеличивается. В отличие от сварки газообразными теплоносителями при контактной сварке сварные швы образуются за счет соединения основного материала, в силу чего сварка выполняется без присадочных прутков и накладных полос.

Крупным преимуществом контактной сварки является также и то, что она легко поддается механизации и автоматизации.

При этом способе детали свариваются встык, внахлестку, вторец бесскосным соединением, при котором свариваемые кромки деталей в зоне сварки не скашиваются, т. е. без разделки кромок под сварку, за счет чего снижаются трудозатраты на выпуск сварных изделий и конструкций.

Разработка сварочных машин для термоимпульсной сварки значительно увеличила применение контактной сварки.

Высокочастотная сварка пластмасс и материалов, покрытых пластмассами, в общем выпуске сварных изделий и конструкций занимает третье место.

Этот способ сварки довольно широко применяется для нанесения на поверхности изделий букв, цифр, рисунков, орнаментов и т. д. Высокочастотная сварка — весьма эффективный способ изготовления изделий. При этом способе сварки обеспечивается быстрый нагрев деталей в зоне сварки и образование сварного шва с значительной скоростью.

При высокочастотной сварке, так же как и при контактной сварке, детали соединяются встык и внахлестку.

Ультразвуковую сварку, сварку трением и инфракрасным излучением применяют в строительстве в незначительных объемах. Наиболее перспективной является ультразвуковая сварка, которая обеспечивает при прочих равных условиях наиболее высокую производительность и сварку деталей малой толщины с деталями большой толщины.

Пластмассы Использование пластмасс в строительстве.

Сварка пластмасс газообразными теплоносителями

Также по теме:

Сварка алюминия

Сварка пластмасс — frwiki.

wiki

Сварки пластиковых представляет собой набор методов , используемых для сварки двух кусков пластика . Выбор конкретной техники зависит от типа используемого пластика, геометрии собираемых деталей, необходимого времени цикла сварки, а также стоимости применяемых средств. Эти методы сварки основаны на локальном нагреве свариваемых материалов. Материалы нагреваются, в зависимости от используемой техники, либо за счет внешнего источника тепла, либо за счет создания тепла, вызванного самим процессом. Таким образом, этими методами можно сваривать только термопластические материалы .

Резюме

1 Сварка нагретым лезвием или нагретым зеркалом
2 Ультразвуковая сварка
- 2.1 Введение
- 2.2 Процесс
3 Ротационная сварка
- 3.1 Введение
- 3.2 Основной принцип
- 3.3 Методы
  - 3.3.1 Сварка поворотным инструментом
  - 3.3.2 Сварка инерционным инструментом
4 Лазерная сварка
5 Высокочастотная сварка
6 Другие техники
7 Примечания и ссылки
8 См. Также

Сварка нагретым лезвием или обогреваемым зеркалом

Сварка горячим ножом заключается в размещении двух пластмассовых деталей друг над другом, оставляя между ними пространство примерно в один сантиметр. В это пространство помещено зеркало, которое нагревается с обеих сторон. Затем две пластмассовые части соприкасаются с зеркалом до тех пор, пока температура материала не достигнет температуры плавления его поверхности. Когда температура плавления будет достигнута, просто снимите зеркала с подогревом и приведите две пластмассовые части в контакт друг с другом на несколько секунд. После нескольких секунд охлаждения сварка будет выполнена.

Ультразвуковая сварка

Вступление

Ультразвуковая сварка — это быстрый и экономичный способ соединения термоплавких материалов, таких как некоторые пластмассы . Этот процесс можно легко применить к полимерам с температурой плавления ниже 200 ° C ( ПЭ , ПП и т . Д. ). Для полимеров с температурой плавления выше 200 ° C сборка деталей требует более технических параметров (более длительное время сварки, профиль и тип сонотрода , диапазон мощности и частот ).

Процесс

Ультразвуковая сварка

Высокочастотные колебания передаются на обе части через вибрирующий инструмент, называемый сонотродом или паяльной головкой. Сварка осуществляется за счет тепла, выделяемого на границе раздела двух частей.

Необходимое оборудование включает:

фиксирующее приспособление для удержания свариваемых деталей;
электромагнитный преобразователь или преобразователь, который будет генерировать высокочастотные волны;
сонотрод для передачи ультразвука на свариваемые детали.

Обычно используемые частоты находятся в диапазоне от 20 до 70 кГц, а амплитуда колебаний колеблется от 10 до 120 мкм , в зависимости от типа материала и формы собираемых деталей.

Ротационная сварка

Вступление

Ротационная сварка — идеальный метод для создания прочных и плотных сварных швов между вращающимися пластмассовыми деталями. Одна часть удерживается неподвижно, в то время как другая подвергается давлению с помощью кругового движения первой.

Преимущества перед ультразвуковой сваркой:

инвестиции для данной более низкой производительности, потому что необходимые элементы поступают от обычных машин;
внешние воздействия гораздо меньше влияют на прочность и качество сварных швов;
процесс, основанный на известных и контролируемых физических законах;
умеренные затраты на электрооборудование даже в случае автоматизированной сварки.

Если взаимное расположение двух частей должно быть в заданном положении, необходимо будет обеспечить упор в угловом положении.

Основной принцип

При ротационной сварке тепло создается вращением и давлением, прикладываемым к деталям. Если две части имеют разную длину, именно меньшая часть будет вращаться, чтобы ограничить вращающуюся массу и, следовательно, влияние инерции.

Методы

Обычно используемые методы делятся на две группы.

Сварка шарнирного инструмента

Во время сварки часть, приводящая в движение вращающуюся часть, входит в зацепление с приводным валом, и две части прижимаются друг к другу. В конце цикла приводной вал отключается, но давление сохраняется в течение нескольких мгновений (варьируется в зависимости от свариваемых пластиков).

Сварка инерционным инструментом

Энергия, необходимая для сварки, накапливается в маховике, по которому узел с одной из свариваемых деталей разгоняется до желаемой скорости. Затем две детали очень сильно прижимаются друг к другу, пока движение не прекратится.

Лазерная сварка

Лазерная сварка запроса , что одна из частей являются прозрачным , а другой непрозрачной для конкретной длины волны лазера , используемого. Эти две части находятся под давлением, в то время как лазерный луч (с длиной волны от 800 до 1100 нм ) проходит по длине соединения, проходя через первую часть и поглощаясь второй частью. Вырабатываемое при этом тепло плавит материал, создавая прочный сварной шов во время фазы охлаждения. Также можно собрать две прозрачные части вместе с помощью впитывающего лака, нанесенного на поверхность раздела.

Сварка высокой частотой

В основном используются для сварки листов ПВХ, они помещаются между латунным электродом и мрамором. Высокочастотный ток (обычно 27,12 МГц ) плавит материал в соответствии с формой электрода. Примеры изделий, сваренных с использованием этого процесса: солнцезащитные козырьки, держатели карт, средства защиты документов (футляры для чековых книжек и т. Д.).

Процесс высокочастотной сварки используется для мгновенной сварки термопластичных материалов. Он состоит из электрического поля, допускающего молекулярные колебания, необходимые для внутреннего нагрева, вызывающего размягчение свариваемых поверхностей.

Другие техники

Линейная сварка трением (известная как вибрационная сварка), «орбитальная» сварка трением, сборка горячим воздухом, точечная сварка, ультразвуковое или горячее воздушное приклеивание, инфракрасная сварка, сварка с подогревом зеркалом, сварка кручением, сварка хлороформом и т.

Примечания и ссылки

Смотрите также

Лазерная сварка
Термоимпульсная сварка

Пластмассы

Формовка пластмасс

Литье	Литье под давлением Литье под давлением с горячим бегуном Литье под давлением и реакция Термоформование Выдувное формование Экструзионно-выдувное формование Литье под давлением и выдувное формование Ротационное формование Погружное формование Компрессионное формование Литье под давлением Центробежное формование
Экструзия	Экструзия-надувание Экструзия-вытяжка Экструзия-обшивка Экструзия-каландрирование
Каландрирование

Сборка пластмасс

Сварка пластмасс
Склеивание пластмасс

Переработка пластиковых отходов

Идентификационный код смолы
Vinyloop
Переработка ПВХ

что это за техника и как с ней варить пластмассу – Техника сварки на Svarka.guru

Сегодня соединением пластмассовых деталей уже никого не удивить — домашние мастера свободно владеют строительным феном или экструдером для соединения полимеров. Что такое сварка пластика в широком понимании этого процесса — это прочное соединение изделий из полимеров горячим способом, каждый метод отличается индивидуальными особенностями, но после застывания мы имеем высокого качества новую конструкцию.

Содержание

1 Виды пластика, которые свариваются
2 Материалы и инструменты
- 2.1 Прутки
3 Разновидности оборудования
- 3.1 Ручной фен
- 3.2 Экструдер
- 3.3 Агрегат контактной сварки
- 3.4 Сварочные аппараты для пластика
4 Технология выполнения
- 4.1 Горячая газовая технология
  - 4.1.1 Термическая
  - 4.1.2 Высокочастотная
  - 4. 1.3 Ультразвуковая
  - 4.1.4 Фрикционная
  - 4.1.5 При помощи лазера
  - 4.1.6 С растворением
5 Для домашних условий
6 Выводы

Виды пластика, которые свариваются

Для соединения выбираются такие виды пластмасс:

полиэтилен соединяется путем нагревания кромок, а затем он сжимается под давлением, чтобы не происходило коробления краёв;
полипропилен используется для прочного соединения металлопластиковых труб, для этого используют специальный электропаяльник с мощностью до 1500 V, который создает температуру в месте соединения до 260° С;
полистирол применяют для изготовления бытовых предметов, например, игрушек, одноразовой посуды;
полихлорвинил — для соединения линолеума, натяжных потолков.

Сварщик пластмасс любого разряда обязан знать все виды пластмасс, применяемых в производстве, технологию сварки.

В отдельных отраслях современного производства используют разные виды сварки пластика, которые осуществляются с помощью:

электрического разогрева соединяемых поверхностей;
контактного теплового оплавления или проплавления;
газового нагревателя с использованием пластиковых электродов или без них;
высокой частоты электрического поля.

[stextbox id=’warning’]Процесс соединения любого вида пластика сопровождается выделением токсичного газа, летучих веществ, которые чрезвычайно вредны для здоровья, поэтому обязательно одевайте защитную маску.[/stextbox]

Материалы и инструменты

Пластик или пластмасса, а также искусственные полимеры за последние годы приобретают всё большую популярность для изготовления различных предметов для использования в быту. Производители позаботились о разнообразном инструменте для прочного соединения аналогичного состава деталей и труб, поэтому домашние мастера при ремонте уже давно используют оборудование, позволяющее выполнить сварку пластмасс без особых профессиональных навыков.

Самым распространенным видом считается соединение металлопластиковых труб для подачи воды или отопления в места проживания.

Прутки

Эти изделия используют как электроды, стержни для пайки по пластику при соединении листов или других деталей из пластмассы, полиэтилена. Размер их варьируется, как и конфигурация, например, диаметр от 3 до 7 мм, а стержни квадратного сечения для пайки пластика могут иметь большие размеры.

Прутки выпускаются двух видов: полиэтиленовые и полипропиленовые, качество изготовления высокое, они не портятся при длительном хранении, не деформируются. Ходовой размер 4—5 мм, используются для ремонта или надежного соединения листов полипропилена. Основное применение пластиковых электродов в сварочных экструдерах, где они разогреваются до полужидкого состояния горячим воздухом.

Разновидности оборудования

Аналогичное оборудование заказывают в интернете или приобретают в специальных магазинах. Все приспособления разделяются на такие группы:

Ручная аппаратура, работающая на основе горячего воздуха.
Сварочные экструдеры.
Машины для сварки листового материала.
Автоматические сварочные машины.

Среди такого изобилия сварочных аппаратов для соединения деталей из пластика покупателю трудно выбрать нужный агрегат, поэтому далее мы подробно опишем каждого представителя указанных выше групп.

Ручной фен

Различие среди модельного ряда только в мощности и эргономике, а суть агрегата всегда одна: нагревание припоя и кромки деталей до температуры частичного расплавления и последующее формирование прочного соединения.

На вопрос пользователей — как правильно сварить пластик, есть простой ответ: квадратный пруток укладывается в зазор между деталями, затем разогревают его и кромки строительным феном.

Это изделие по конфигурации напоминает аналогичный бытовой прибор для сушки волос, только мощность и температура намного больше. Пластик кромок деталей и прутка под воздействием горячего воздуха, расплавляется, получается однородная консистенция, которая после остывания представляет собой единое целое.

Регулировка температуры используется автоматическая или ручная, поэтому оборудование подходит как новичкам, так и профессионалам. Насадки продаются разные, что зависит от соединений: внахлест или встык. Диаметр и форма сопла пользователи подбирают в соответствии с опытом проведения подобных работ, а новички сверяются с инструкцией.

Бытовые фены стоят недорого, поэтому их используют для несложного ремонта, а промышленные фены применяют как инструмент при сварке труб и полимерных тканей.

Экструдер

Внешне он напоминает пистолет, на конце которого находится специальная насадка, в которую вставляется пруток из пластика или аналогичная круглая трубка. Принцип работы прост, как всё гениальное: пруток нагревается до полужидкого состояния и выдавливается на место стыковки деталей, где быстро застывает, образуя идентичное и прочное соединение.

За один проход соединяются толстые детали, а производительность намного больше чем у фена. Единственным недостатком считается невозможность соединения деталей из разнородного пластика, имеющего различную температуры плавления. Перед соединением кромки тщательно обрабатываются, удаляются загрязнения и жирные пятна, которые могут повлиять на качество и прочность будущего соединения.

При помощи такого агрегата можно производить армировку при сваривании пластмассы, чтобы укрепить шовное соединение или восстановить усиленную конструкцию.

[stextbox id=’info’]М. А. Ильясов, образование: автотехник, диагностика автотранспорта, специальность: слесарь 6 разряда, опыт работы с 1998 года: «Экструдерами часто пользуются механики СТО для ремонта пластиковых бамперов и аналогичных деталей».[/stextbox]

Агрегат контактной сварки

Это оборудование основано на контактных видах сварочных технологий, где применяется воздействие кратковременных тепловых импульсов совместимых с механическим давлением. Такая техника используется на производственных предприятиях, специализирующихся на выпуске продукции из сваренных пластиковых листов. Поэтому их часто называют агрегатами для сварки листовых полимеров.

Сварочные аппараты для пластика

Такое оборудование применяется для герметичных соединений, когда требуется сварить сложные технологические узлы из полимеров. Аналогичные сварочные агрегаты используется только на крупных предприятиях, т. к. стоимость их приобретения и обслуживания довольно высокая.

Технология выполнения

В производственных целях такие методы надежного соединения полимерных конструкций применяют в тех случаях, когда:

соединяемые части, детали и заготовки состоят из однородного пластика или материалов с близкими значениями по прочности и молекулярному составу;
не допускается присутствие чужеродных вкраплений или прослоек на основе клея;
основным требованием к процессу соединения является механизация, автоматизация и высокая производительность.

Применение сварки пластика дуене рекоментся при разнородности материалов, потому что во время больших нагрузок возникает расслоение сварных швов.

Горячая газовая технология

Такой вид соединения применяется с использованием тепла, когда его носителем является газ: аргон, кислород или так далее, но самым экономичным признан воздух, потому что его составляющие не агрессивны к полимерам.

Термическая

Простейшими аппаратами признаны паяльники, работающие от сети с напряжением 220 В, для лучшего разогрева соединяемых поверхностей применяются специальные насадки. Охлаждение стыков, специально обработанных и зачищенных до начала плавления, происходит под давлением, чтобы шовное соединение было качественным.

Специальное оборудование для сварки листового пластика в больших объемах применяется в производственных целях. Пластиковые и металлопластиковые трубы, обеспечивающие домостроения водой и теплом, соединяются муфтовой сваркой. Для этих целей используется специальный паяльник, при помощи которого разогреваются законцовки труб и затем происходит их прочное сваривание под давлением. Инструкция по сварке пластиковых труб прилагается к каждому аналогичному агрегату.

Высокочастотная

Этот метод экономичен и применяется во многих сферах промышленности, сварка осуществляется между двумя электродами из металла, между которыми проходит ток высокой частоты 30—75 МГц. Соединяемые детали, например, кромки листов винипласта толщиной 0,5—2,0 мм нагреваются в высокочастотном электрическом поле до нужной температуры, а затем остывают под давлением.

Существуют два метода соединения: встык и внахлест, при втором варианте кромки соединяются со скосом в 45 градусов или без него, ширина шовного соединения 2—4 мм, а скорость сварки —3 м/мин.

Ультразвуковая

Это универсальная методика соединения полимеров, когда применяется локальный нагрев, который по температурным показателям близок к параметрам расплавления, исключает перегрев материала, что происходит иногда при использовании других методов. Используется частота от 17 до 45 кГц, а электрические колебания преобразуются в механические для рабочего инструмента, которые передаются материалу.

Фрикционная

При активном трении вырабатывается теплота, которая заставляет материалы частично расплавляться, а сильное сжатие до 1 МПа, помогает прочному соединению. Преимущество способа в быстром соединении, а недостаток — свариваются детали тел вращения, применяется только для жестких структур термопластика.

При помощи лазера

Аналогичная технология впервые была применена в 70-х годах прошлого столетия, но и сегодня она остается очень дорогой, поэтому не выдерживает конкуренции с другими видами прочного соединения пластика. Такие системы обработки пластмассы с успехом применяются: в автомобилестроении на автоматических линиях по сборке пластиковых деталей; в электронной промышленности, где требуется бережное и осторожное отношение к мелким деталям, например, платам блоков электронного управления.

При производстве медицинского оборудования, где требуются особые условия стерильности, во время герметической упаковки продуктов питания на молокозаводах и мясокомбинатах. Лазерная сварка полимеров позволяет соединить деталь со сложной геометрической конструкцией, где другие методы бессильны.

С растворением

Один и простейших методов прочного соединения, основанный на растворении кромок пластиковых деталей и последующим их сильном сжатии до полного отвердевания. Для ускорения процесса иногда применяется несильное нагревание конструкций. Недостатки: токсичность растворителей, поэтому используется в исключительных случаях.

Для домашних условий

У себя дома можно использовать строительный фен, паяльник для соединения труб, методику склеивания пластмассы, набор с термопистолетом и вариант с растворителями, но надо помнить о вредных газах, выделяемых нагретым до температуры плавления полимером, и обеспечить хорошее проветривание, эти же условия необходимы при использовании токсичных растворов.

Выводы

Самостоятельно можно соединять пластиковые детали и трубы в домашних условиях, но при этом надо иметь навыки работы с представленными выше агрегатами и строго выполнять технику безопасности.

[stextbox id=’warning’]Также вы можете прочитать на нашем сайте статью о склеивании пластика при помощи холодной сварки[/stextbox]

Что такое сварка пластмасс? Мы объясняем процессы

Скрыть

Показать

Наши специалисты всегда готовы помочь!

Запросить цену

Кликните сюда

Ультразвуковая сварка пластмасс

Ультразвуковая сварка пластмасс — это соединение или преобразование термопластов с использованием тепла, выделяемого высокочастотным механическим движением. Это достигается путем преобразования высокочастотной электрической энергии в высокочастотное механическое движение. Это механическое движение, наряду с приложенной силой, создает тепло трения на сопрягаемых поверхностях пластиковых компонентов (зоне соединения), в результате чего пластик плавится и образует молекулярную связь между деталями.