Сварка пластмасс — Википедия

Сварка пластмасс — технологический процесс получения неразъемного соединения элементов конструкции за счёт диффузионно-реологического или химического воздействия макромолекул полимера, в результате чего между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела и создаётся структурный переход от одного полимера к другому.

Диффузионно-реологический процесс взаимодействия свариваемых поверхностей деталей наиболее эффективно реализуется в стадии вязкотекучего состояния материала, когда молекулы имеют максимальную подвижность и наименьшую плотность упаковки. В некоторых случаях возможно достичь разрыхлений структуры полимера с помощью действия растворителя. Степень и скорость диффузии зависит от молекулярной массы и полярности звеньев полимеров. С их снижением скорость диффузии увеличивается.

Химическая сварка основана на создании химических связей между полимерными материалами. В отличие от склеивания при химическом сварке не создаётся самостоятельная непрерывная фаза. Материалы, которые не подлежат диффузионной сварке ( реактопласты, вулканизатов ) возможно соединять путём химического взаимодействия функциональных групп или с помощью присадочной материала, который близок по активности к свариваемых полимеров, при этом подогрев и давление создают необходимые условия для сварки, а присадочные материалы способствуют активации групп.

По способности к сварке все известные полимеры можно разделить на 4 группы.

• Первая группа — неориентированные термопласты с энергией активации вязкого течения значительно меньшей, чем энергия разрушения химической связи (не более 150 кДж / моль), температурным интервалом вязкотекучего состояния (Тд-ТТ> 50 ° C), вязкостью расплава 102-105 Па • с в интервале температур сварки. Эти термопласты хорошо свариваются. Сварка возможна с помощью различных методов в интервале температур, лежащий в широких пределах от температуры текучести до температуры деструкции. Полимеры лучше свариваются плавлением, в первую очередь относится к полиолефинy — полиэтилену высокого и низкого давления и полипропилену. Эти полимеры характеризуются низкой энергией активации вязкого течения (46-53 кДж / моль), имеют достаточно низкую температуру текучести (120-160 ° С), широкий интервал вязкотекучего состояния (> 50 ° C) сравнительно низкую вязкость расплава .

• Вторая группа — термопласты с энергией активации вязкого течения, которая близка к энергии разрушения химической связи, с узким температурным интервалом вязкотекучего состояния (<50 ° C) или сравнительно высокой вязкостью расплава (107-108 Па • с ). К этой группе относятся и ориентированы полуфабрикаты из всех известных термопластичных материалов. Все эти материалы плохо свариваются. Для обеспечения возможности их сварки плавлением нужно в каждом отдельном случае искать оптимальные способы и приёмы. Эта группа термопластов наиболее распространена. К ней некоторые фторопласты и др.

• Третья группа — термопласты, энергия активации вязкого течения которых не превышает энергию химической связи, а также термопласты, вязкость расплава которых составляет 1011-1012 Па • с. Эти термопласты не могут быть переведены в вязкотекучее состояние, то есть невозможна их сварка плавлением. Образование сварных соединений таких термопластов делается за счёт диффузных процессов на границе раздела, при условии, что необходимый для этого контакт осуществляется высокоэластичной деформацией материала. Диффузионная сварка осуществляется путём длительного контакта поверхностей.

• Четвёртая группа — реактопласты и вулканизаторы (полимеры, которые невозможно соединить с помощью диффузионной сварки). Они свариваются в результате химического взаимодействия молекул полимеров, спровоцированной подогревом, давлением или введением в зону сварки сшивающего агента.

Разработаны специальные методы сварки пластмассовых изделий. К ним относятся:

Горячая газовая сварка[править | править код]

Горячая газовая сварка, также известная как сварка горячим воздухом, представляет собой сварку с использованием тепла. Разработана тепловая пушка, которая производит струю горячего воздуха, который смягчает обе части соединяемых материалов из пластика. (Сварка ПВХ с акрилом является исключением из этого правила.)

Горячая газовая сварка воздуха представляет собой распространённый метод изготовления таких изделий, как химические цистерны, ёмкости для воды, теплообменники и водопроводная арматура.

При сварке тканей и плёнок не может использоваться присадочный пруток. Два листа пластмассы нагреваются с помощью горячего газа (или нагревательный элемент ), а затем соединяются. Этот быстрый процесс сварки может выполняться непрерывно.

Термосваривание[править | править код]

Термосваривание — процесс сварки одного термопластичного материала с другим аналогичным материалом с использованием тепла и давления. Термосваривание используется для многих применений, включая соединители, термоактивированные клеи и др. При термосваривании необходимо сделать тест на адгезию. Маркировка пластиковой детали и донора должны совпадать по составу минимум на 80%.

Экструзионная сварка[править | править код]

Экструзионная сварка используется для производства длинных сварных швов в одном проходе. Этот метод предпочтителен для соединения материала толщиной более 6 мм. Сварочный стержень всталяется в миниатюрные ручные пластиковые экструдеры и выдавливается из экструдера в местах соединения. Места соединений размягчаются струёй горячего воздуха.

Высокочастотная сварка[править | править код]

Некоторые пластмассы, такие как ПВХ, полиамиды (ПА) и ацетаты могут быть нагреты высокочастотными электромагнитными волнами. Высокочастотная сварка использует это свойство для размягчения пластмасс при их соединении. Нагревание локализовано, процесс сварки может быть непрерывным.

Радиочастотная сварка используется с 1940 — х годов. Этим методом сварки свариваются ПВХ, полиуретан, нейлон и др.

Индукционная сварка[править | править код]

Используется для сварки пластмасс, имеющих плохую электропроводность. При этом в место соединения вкладывается материал, имеющий высокую электропроводность — металлы или углеродные волокна. Сварочный аппарат содержит индукционную катушку, которая запитывается с высокочастотным электрическим током. Ток генерирует электромагнитное поле, которое действует на проводящие вкладки заготовки. В них проходит резистивный нагрев с помощью индуцированных токов, называемых вихревыми токами. Индукционная сварка широко используется в например авиационно — космической промышленности.

Ультразвуковая сварка[править | править код]

В ультразвуковой сварке используется высокая частота (15 кГц до 40 кГц) с низкой амплитудой колебаний для создания тепла путём создания трения между материалами, подлежащих соединению. Ультразвуковой сваркой можно сваривать практически все пластмассы.

Сварка трением[править | править код]

При сварке трением, две части свариваемого материала воздействуют механическими колебаниями на более низкой частоте (обычно 100-300 Гц) с более высокой амплитудой (от 1 до 2 мм), чем при ультразвуковой сварке. Трение создаёт высокую температуру, которая плавит контактные зоны между этими частями. В пластмассах формируются слои, которые переплетаются друг с другом. По завершении движения вибрации обе части остаются скреплёнными до сварного соединения. Движение трения может быть линейным или круговым.

См. также: Вращательная сварка

Лазерная сварка[править | править код]

При лазерной сварке две свариваемые части ставятся под давлением. В это время происходит движение лазерного луча вдоль соединительной линии. Луч проходит через первую часть и поглощается другой частью или непрозрачным покрытием, чтобы произошло выделение достаточного количество тепла для смягчения пластмасс и созданий сварного шва.

Для сварки используются полупроводниковые лазерные диоды с длинами волн в диапазоне от 808 нм до 980 нм. и уровнями мощности от 1 Вт до 100 Вт в зависимости от вида материалов, его толщины и желаемой скорости процесса.

Сварка растворением[править | править код]

Сварка проходит с использованием растворителя, который применяется для растворения полимера при комнатной температуре. Во время растворения пластмассы полимерные цепи свободно перемещаются в жидкости и смешиваются с другими растворенными цепями. Со временем цепи теряют подвижность. Формируется твердая масса перепутанных полимерных цепей, которые образует сварной шов.

Этот метод обычно используется для сварки пластиковых труб в бытовой сантехнике.

• ГОСТ Р ИСО 17659-2009 Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений. — М.: ФГУП «Стандартинформ», 2009.
• J. Alex Neumann and Frank J. Bockoff, «Welding of Plastics», 1959, Reinhold publishing.
• Safety in the use of Radiofrequency Dielectric Heaters and Sealers, ISBN 92-2-110333-1
• Michael J. Troughton, «Handbook of Plastics Joining, A Practical Guide», 2nd ed., 2008, ISBN 978-0-8155-1581-4
• Tres, Paul A., «Designing Plastic Parts for Assembly», 6th ed., 2006, ISBN 978-1-5699-0401-5

Сварка пластмассы: технология и оборудование

Пластические материалы используются повсеместно во многих отраслях промышленного производства. Характерное свойство полимерных материалов, после расплавления приобретать механическую жесткость и прочность, широко используется не только при изготовлении различных изделий, но и при проведении ремонтных работ в домашних условиях.

Такое соединение пластмассовых материалов, называемое сваркой, является самым технологически обоснованным и экономичным способом при ремонте разнообразных изделий. Сварка пластмассы позволяет создавать стыковочные швы высокой прочности. Причем технология процесса и оборудование, применяемое для сварки, не представляет особой сложности для применения в домашних условиях.

Основные методы сварки

При всем большом разнообразии технологических методов сварочного процесса, способы сварки пластмасс можно разделить на две основные группы:

• холодная сварка осуществляется с помощью специальных химических реагентов, которые эффективно способствуют соединению пластмассовых изделий, без расплавления поверхностей;
• горячая сварка является соединением пластмассы на молекулярном уровне, когда поверхности доводятся нагревом до полужидкого состояния.

Задачей сварного соединения, любого типа, является создание прочного контакта между полимерными материалами посредством плавного перехода одного вещества в другое. Сварка пластмассы может осуществляться как с использованием специальных присадок, так и без них.

Метод холодной сварки

С развитием химической промышленности, холодная сварка для пластмассы получила наибольшую популярность не только среди профессионалов, но и у простых людей, производящих ремонтные работы изделий в домашних условиях. В принципе такое название больше соответствует научному термину, который обозначает вид соединения полимерных материалов. В общем, это технология склеивания пластических деталей, с помощью химически активных веществ.

В настоящее время производители выпускают необходимые компоненты для сварки трех видов:

1. Однокомпонентный состав внешним видом напоминает простой канцелярский клей. Универсальность этого состава позволяет сваривать практически любые полимерные материалы, с высоким качеством. Чаще всего однокомпонентный клей используется для сварки пластмассы в домашних условиях.
2. Двухкомпонентный клей состоит из эпоксидной смолы и отвердителя, которые поставляются потребителю в отдельных емкостях. Смешивание компонентов осуществляется в определенной пропорции, непосредственно перед выполнением работы.
3. Стержень с активным реагентом имеет наружную оболочку из отвердителя и внутреннюю, с наполнителем из эпоксидной смолы. Отрезав нужный кусок стержня, его необходимо тщательно размять пальцами, до образования однородной пластичной массы.

Все работы по подготовке клеевого состава необходимо выполнять строго по инструкции производителя.

Технология сварки холодным способом

Перед выполнением сварки пластмассы, необходимо подготовить поверхности соединяемых изделий. Для этой цели, нужно кромки деталей обработать абразивным материалом (наждачная бумага, напильник). Такая обработка позволяет создать шероховатость поверхности, что существенно увеличивает адгезию пластического материала.

Технология сварки выглядит следующим образом:

1. После предварительной обработки, непосредственно перед выполнением работы, нужно обезжирить поверхности соединяемых изделий. Для этого можно использовать практически любой растворитель на спиртовой основе.
2. Далее, согласно инструкции, на кромки соединяемых деталей наносится клеевой состав.
3. Поверхности плотно прижимаются друг к другу. Причем сжатие должно осуществляться до полного застывания состава.
4. После полного высыхания компонентов, процесс сварки пластмассы считается завершенным.

Основное преимущество соединения холодным способом – возможность эффективно сваривать поверхности из разнородных материалов, при этом дополнительного оборудования не требуется. Минусом метода считается низкая вибрационная устойчивость шва, поэтому применение холодной сварки ограничено в подвижных механизмах.

Горячая сварка пластика

Горячий метод сварки пластиковых материалов основан на молекулярном взаимодействии расплавленных поверхностей до вязкого состояния. При этом необходимо учитывать характер реакции полимера на температурное воздействие. По этому принципу пластические материалы подразделяются на термопласты и реактопласты.

Термопласты не изменяют своих эксплуатационных показателей и химических свойств, даже при многократном переходе в расплавленное состояние. А главное, что, возвращаясь после остывания в исходную твердость, материалы не теряют своей прочности. В отличие от термопластов, реактопласты, возвращаясь в исходное состояние, практически полностью теряют пластические свойства. Такая реакция материала, не позволяет ему повторно переходить в вязкую фазу, полностью теряя прочность. Большинство пластмасс являются термопластами.

Способы сварки подогревом

В зависимости от способа подачи тепловой энергии в зону соединения полимерных материалов, существуют следующие виды горячей сварки:

• горячим газовым потоком;
• специальным разогретым приспособлением;
• воздействием на края изделий расплавленной присадкой;
• применением ультразвукового потока;
• использованием инфракрасного или лазерного излучения;
• нагреванием места стыка трением;
• воздействием электрического тока высокой частоты.

Первые три способа эффективны при сварке пластмассы своими руками в бытовых условиях. Остальные чаще всего используются непосредственно на промышленных предприятиях в процессе изготовления продукции.

Сварка разогретым газом

Нагрев места соединения может осуществляться с помощью газовой горелки, при этом используется горение азота или аргона. Но наиболее безопасной и экономически выгодной является сварка пластмасс феном, так как разогрев кромок стыкуемых изделий осуществляется горячим воздухом.

Изготовление и ремонт пластмассовых изделий осуществляется промышленными или бытовыми термофенами. Конструктивно это оборудование для сварки пластмасс устроено одинаково. Промышленные фены имеют большую мощность, регулировка которой осуществляется автоматически, а также укомплектованы рядом дополнительных функций и разнообразных насадок.

Сварка пластмассы термофеном выполняется в несколько этапов:

1. Определяется вид пластмассы, в соответствии с которым выбирается температура нагрева, а также подходящая для работы насадка.
2. Края соединяемых изделий зачищаются и обезжириваются.
3. Заготовки прочно фиксируются, чтобы не происходило их смещение во время выполнения работы.
4. Производится нагрев места соединения до расплавленного состояния, при котором и происходит слияние материалов.
5. После создания сварного шва, изделие должно остыть в естественных условиях. Применять дополнительное охлаждение не рекомендуется.
6. Затем производится окончательная зачистка шва.

Контактная сварка нагревательным прибором

Самым простым видом сварки пластика в домашних условиях является непосредственный нагрев кромок изделия горячим инструментом. Технологический процесс сварки контактным способом считается наиболее простым и легко применимым в бытовых условиях, так как не требует использования сложного оборудования.

Выполнение сварки можно разделить на два основных этапа:

1. Оплавление кромок соединяемых деталей.
2. Плотное сжатие расплавленных поверхностей и выдержка до полного остывания.

Время между этими операциями должно быть минимальным, чтобы материал не успел остыть. В противном случае качество сварного шва будет недостаточным.

В домашних условиях, для проведения мелкого ремонта, часто пользуются простым паяльником, оборудованным специальными насадками.

Использование присадок для сварки

Для увеличения прочности и качества шва, при соединении материалов из пластмассы, широко применяются специальные присадки. В качестве такого материала используются пластиковые прутки или полоски.

Добавление присадки в состав шва намного улучшает процесс сварки с использованием нагрева горячим воздухом. Главным условием качественного соединения пластмасс является соответствие состава присадки и полимерного материала.

Также, очень эффективным вариантом применения присадочного материала, является использование сварочного ручного экструдера. Это термомеханическое устройство, внешне похожее на пистолет, сначала нагревает полимерный материал до вязкого состояния, а затем автоматически выдавливает присадку на соединяемые поверхности.

Сварка пластмассовых изделий широко применяется как в производственных цехах, так и в домашних условиях. Технологию сварочного процесса легко освоить даже неопытному человеку, при этом необходимо помнить о соблюдении мер безопасности проведения работ.

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.

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.

Процесс соединения любого вида пластика сопровождается выделением токсичного газа, летучих веществ, которые чрезвычайно вредны для здоровья, поэтому обязательно одевайте защитную маску.

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:

1. Ручная аппаратура, работающая на основе горячего воздуха.
2. Сварочные экструдеры.
3. Машины для сварки листового материала.
4. 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.

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».

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.

Также вы можете прочитать на нашем сайте статью о склеивании пластика при помощи холодной сварки

Сварка листовых пластиков — PLAST.RU

Разбираемся в видах и возможностях сварки листовых пластиков и не только.

Сварка пластиков – это наиболее удобный и наименее дорогой способ соединения пластиковых элементов. В некоторых случаях альтернатив и вовсе не бывает (когда соединение при помощи клея невозможно). К тому же, горячая сварка пластиков выполняется массово, как специалистами в промышленных организациях, так и обычными людьми, по мере необходимости. Конечно, при наличии всего сопутствующего инструмента, с учетом развития отрасли и распространения фирменных аксессуаров нет никаких проблем.

Есть огромное количество способов сварки полимеров. Большинство из них можно сразу разделить на пару условных групп: сварка при помощи нагрева и без помощи аппаратов горячего воздуха. Наиболее активно используемый метод, это нагрев материала до вязкотекучего состояния. Но даже в этом случае используется несколько видов нагрева и приборов:

• Нагретый газ

• Расплавленная присадка

• Нагретый инструмент

• Световое или лазерное излучение

• Ультразвук

• Ток высокой частоты

Все полимеры также дополнительно разделяются на термопласты и реактопласты. Термопласты прекрасно подходят для сварки, так как не меняют свой состав в процессе нагрева, а после остывания принимают еще и обратно все свои физические свойства. Реактопласты, наоборот, принимают свои свойства единственный раз во время изготовления и больше их нельзя подвергать нагреву, после которого их структура не восстанавливается.

При взаимодействии с нагревающим элементом, структура термопласта становится мягкой и податливой, при этом происходит смешение двух отдельных объектов термопластов в один единый. Так образуются неразрывные швы высокой прочности.

Сварка нагревающими аппаратами

Одним из самых простых способов передачи тепла является прямой контакт свариваемых поверхностей пластиков с самим нагревательным прибором или (в случае воздушных аппаратов) нагретых струй воздуха. Из-за простоты техпроцесса и доступности аппаратов, и аксессуаров к ним, они широко распространена.

• Вначале проходит разогрев, в качестве первого этапа. При этом оплавленные края надежно соединяются между собой.

• Контакт нагретых пластиков и свариваемых деталей удерживается с определенным усилием на какое-то время.

Во время разогрева необходимо, чтобы контактируемые поверхности имели проплавление на определенную глубину. Это также нужно для того, чтобы избежать работы с любыми неровностями поверхностей.

Существует перечень технологических параметров сварки пластмасс:

• Температура нагревательного элемента (или среды)

• Длительность нагрева

• Усилие прижатия инструмента к детали

• Усилие сжатия свариваемых деталей

• Продолжительность давления после окончания сварки

Чрезвычайно важно максимально очистить контактирующие поверхности для нанесения качественного шва. Т.к. вкрапления иных материалов, грязи, пыли внутрь шва негативно скажутся на его надежности. Если поверхность покрыта маслянистыми выделениями, их удаляют соответствующими растворителями (безопасными для самого полимера). Если отчистить невозможно, или край объекта слишком неровен, его просто срезают для образования ровного, чистого среза.

Сварка нагретым газом

При сварке газом все тепло идет от нагретого газа, который уже передает его, выходя из сопла аппаратов и термофенов самых разных конструкций. При этом, в качестве теплоносителя выступает, как правило: аргон, углекислый газ, азот и, конечно же, воздух. Выбор газа зависит именно от свойств пластика, который будет подвергаться сварке. Например, некоторые виды пластиков сильно подвержены действию кислорода, и поэтому более качественные швы получаются при выборе газа, наподобие аргона.

Технология сварки пластиков газом предусматривает два варианта: при использовании присадочного материала и без его использования. Когда используется пруток, его диаметр, обычно, составляет 2 – 6 мм. Присадку обязательно изготавливают из того материала, который планируется сваривать. В некоторых случаях, в пруток добавляют специальные пластификаторы, повышающие качество сварки.

На схеме показаны: а — сварка без насадок, б — сварка с насадкой для твердых термопластов, в — сварка с насадкой для мягких термопластов, г — сварка с насадкой для твердых и мягких термопластов. 1а — стандартное сопло, 1б — производительное сопло, 2 — основной материал, 3 — прижимной ролик, 4 — присадочный пруток, 5 — направляющий канал, P — направление давления на присадочный материал, V — направление сварки.

К основным технологическим параметрам сварки газом с использованием прутка относятся:

• Расход и уровень температуры газа

• Используемые материалы и размеры сечения прутка

• Угол наклона подаваемого прутка

• Усилие прижима присадки

• Угол нагревающего аппарата к плоскости детали

• Скорость производимых сварочных работ

Температура газа на выходе не должна превышать на 50 – 100 градусов Цельсия выше, чем температура вязкотекучести полимера. Расстояние между соплом и материалом должно быть 5 – 8 мм и удерживаться статично, на протяжении всего процесса сварки.

При угле наклона прутка свыше 90 градусов, материал положенный в шов будет удлиняться и может повредиться при охлаждении. При угле менее 90 градусов пруток будет нагреваться быстрее полимерного материала, при этом увеличится расход прутка, а в шве возникнет внутреннее напряжение. Прочность подобного шва может уменьшаться.

Угол наклона оси горелки к плоскости изделий составляет 55-65 градусов, а затем уменьшается до 45 градусов. При этом струя газа направлена на основной материал, т.к. его масса свыше массы прутка. Скорость сварки может сильно колебаться и доходить вплоть до 15 м/ч.

Сварка экструдером

Возможен и другой вид сварки, при помощи экструдера, которая производится готовым расплавом. И вместо специальной «прожарки» сразу используется тепло расплавленного присадочного материала, создающего шов.

Сварка осуществляется только если температура расплава находится на 50 градусов выше, чем температура свариваемого основного материала. Существует два типа сварки: бесконтактный и контактный.

При бесконтактном способе прижим осуществляется специальным валиком, тогда как при контактном способе это происходит при давлении самой насадкой экструдера, как и показано на рисунке.

Сварка полиэтилена и полипропилена (ПЕ, ПП)

Такие материалы как полиэтилен и полипропилен являются самыми часто встречаемыми термопластами, что обусловлено их основными свойствами. Это распространенные полимеры, которые стоят недорого, легко свариваются с применением горячих видов сварки. Область применения данных полимеров также огромна, от пленок и труб, до изоляции, деталей для строительства и даже пищевых емкостей и контейнеров.

Важно отметить, что для ПП и ПЕ подходят далеко не все виды сварки. Так, к примеру, нельзя произвести сварку токами высокой частоты, а также при использовании растворителей, что обусловлено структурой этих материалов. А вот использование аппаратов горячего воздуха (или экструдеров) наоборот, приветствуется.

Сварка пластика с использованием растворителей

Существует еще один тип сварки для полимеров, при использовании растворителей. Для этого специалисту потребуется выполнить определенный ряд действий: смачивание свариваемых краев в растворителе, ожидание пока материал разбухнет под химическим действием и станет мягким, использование давления для сцепления и отвердевания сварочного шва. Такой вид сварки используется совокупно с аморфными полимерами, которые хорошо подходят для этой задачи. Материалы имеющие кристаллическую структуру, как правило, также имеют высокую сопротивляемость растворителям.

Для смачивания двух поверхностей, как правило, используют обычную губку или другой, схожий материал. Количество растворителя не должно быть большим, чтобы не вызывать разрушающих материал подтеков. Сразу после смачивания и размягчения, обе поверхности должны быть немедленно присоединены друг к другу. Иногда также используют дополнительный нагрев для ускорения испарения растворителя. В целом, сварка пластиков методом растворителей проста и дешева, однако из-за ядовитых паров от самих растворителей, применяется редко, фактически, только в тех случаях, когда другие методы не работают.

Инструкция по сварке пластика. Статьи компании «ООО «ПОЛИМЕРХОЛДИНГ»»

Общие положения сварки термопластов

В отличие от  таких синтетических материалов, как дурапласты и эластомеры, термопласты обладают важным преимуществом: под воздействием тепла они размягчаются и становятся пластичными, что позволяет использовать их для сварки.  По сравнению с другими способами соединения материалов, например при помощи винтов и заклепок и т.п., сварка позволяет получить адгезивный  шов с ровной, неповрежденной поверхностью, без засечек и надрезов, с равномерным распределением напряжения. Подобный способ соединения пользуется популярностью при обработке многих видов полимеров. Так, например:

Полиэтилен (РЕ): резервуары для воды, канистры, облицовка стен бассейнов

Полипропилен (РР): садовая мебель, сточные трубы, ведра, контейнеры

Поливинилхлорид (PVC): облицовка стен бассейнов, сточные трубы, водостоки

АБС (ABS): чемоданы, запасные части для велосипедов

Кроме того, сварка используется при изготовлении различных изделий из плит: ящиков, перил, PVC-полов. А также для изготовления и ремонта труб, шлангов, соединения и ремонта пленки.

Сварка горячим воздухом (горячим газом)

Термин «сварка горячим газом» имеет историческое происхождение.

В самом начале, когда способы обработки пластиков только разрабатывались, воздух в сварочных аппаратах действительно подогревался при помощи газовой горелки. Подобный способ сварки нельзя было назвать безопасным или практичным. Со временем появились аппараты с электрическим подогревом, которые позволяли регулировать температуру воздуха.

Однако, обозначение «сварка горячим газом» осталось.

Сварка пластиков состоит из следующих этапов:

1. Подготовка поверхности свариваемых деталей,
2. Разогрев зон сварки,
3. Сварка деталей,
4. Охлаждение сварочного шва (сваренные детали находятся под давлением),
5. Освобождение сваренных деталей от давления,
6. Обработка сварочного шва

 Качество сварочного шва выражается валентным соотношением. Под валентным соотношением понимается соотношение прочности сварочного шва и прочности основного материала. Как правило, удовлетворительным считается валентное соотношение от 0,6 до 0,8.  Это означает, что прочность шва составляет 60-80% от прочности основного материала. Однако хороший сварщик достигает более высоких значений, до 100% в зависимости от свариваемого материала.

Общая информация о способах сварки горячим воздухом

При сварке горячим воздухом соединяемые поверхности и сварочная проволока (сварочный пруток из пластика) разогреваются при помощи горячего воздуха до температуры плавления и свариваются под давлением. Горячий воздух поступает из круглой фильеры сварочного аппарата, при этом аппарат направляется одной рукой вертикальными маятникообразными движениями, а сварочный материал придерживается другой рукой.

Подобный способ сварки, который называют веерным, не является  продуктивным, т.к. скорость сварки за счет повторяющихся маятникообразных движений невелика. Именно поэтому был разработан скорый способ сварки, в котором вместо круглой фильеры применяется фильера для быстрой сварки, а свариваемые поверхности и сварочный материал разогреваются предварительно, при этом сварочная проволока из пластика вплавляется фильерой в сварную зону.

Веерный способ сварки применяют, как правило, только для сварки деталей с маленьким радиусом или для сварки в труднодоступных местах, т.к. данный способ не очень удобен и требует определенного навыка.

Для чего нужна сварка горячим воздухом

Сварка горячим воздухом – один из важнейших способов сварки пластиковых листов и, кроме того, самый старый. Следует отметить, что его успешное применение требует некоторого навыка. Этот метод применяется для соединения отрезков пластиковых листов при изготовлении различных изделий, для сварки труб и профилей.

Для сварки пригодны все без исключения пластики. В основном и чаще всего сварка горячим воздухом применяется для соединения твердого и мягкого полиэтилена, полипропилена, твердого, мягкого и ударопрочного PVC, а так же ABS и РММА. Сварка различных термопластов, даже со сходной формулой, не рекомендуется. В виде исключения допускается сварка твердого PVC с РММА или соединение двух деталей из РММА при помощи сварочной проволоки из PVC. Однако не следует ожидать, что подобное соединение окажется прочным.

Оборудование и вспомогательные средства для сварки горячим воздухом

Прежде всего, Вам потребуется аппарат, который обеспечит подачу необходимого для сварки горячего воздуха. Для сварки в домашних условиях лучше всего подходят сварочные аппараты с греющей мощностью 0,5-1 к Вт, т.к. их можно подключать напрямую к сети переменного тока.  Поток воздуха, подаваемый к сварочному аппарату, нагнетается маленьким компрессором. Существуют также сварочные аппараты, ручка которых оснащена миниатюрным воздуходувным устройством. Однако, подобные аппараты менее удобны в обращении из-за большого веса и диаметра ручки, чем аппараты, подключаемые к внешнему компрессору.

Для сварки Вам понадобятся следующие инструменты:

Струбцины и захваты для фиксирования свариваемых деталей,

Бокорезы для среза проволоки наискосок,

Цикля для правки соединяемых поверхностей и сварочного материала,

Трехгранный шабер для удаления перегоревших остатков проволоки из сварной зоны,

Прижимной ролик для обработки сварочного шнура из мягкого PVC

Как уже говорилось, для соединения деталей требуется сварочный материал. Он выпускается, в виде прутка, проволоки или шнура. Сварочный материал должен быть изготовлен из того же самого материала, что и свариваемые поверхности. Обычно применяется пруток диаметром 3-4 мм. Для быстрой сварки можно использовать материал с большим диаметром, а так же материал с овальным, прямоугольным или трехгранным сечением.

Условия сварки горячим воздухом

Важнейшим условием после выбора подходящего сварочного материала, является правильный выбор температуры нагрева воздуха для сварки. Ориентировочные температуры приводятся в таблице № 1.

Для того чтобы проверить, нагрелся ли воздух, подаваемый сварочным аппаратом, до необходимой температуры, следует поднести термометр к фильере на расстояние ок. 5 мм. Температура должна достигать, по меньшей мере, нижнего значения, приведенного в таблице. При обработке твердого PVC в правильном выборе температуры можно убедиться, направив поток горячего воздуха на кусочек PVC. Если через 4-5 секунд PVC начал темнеть, то температура выбрана правильно. Если же через 2-3 секунды PVC приобрел темно-коричневый цвет, то температура воздуха слишком высока. В таком случае, для большинства сварочных аппаратов подача воздуха должна быть усилена, или, если существует возможность регулировки, следует уменьшить подачу электроэнергии.

Необходимое давление сварочного воздуха составляет 0,3-0,8 бар, необходимый объем воздуха – 50 л/мин. Если же используется воздух, нагнетаемый централизованной компрессорной установкой, то следует обратить внимание на то, чтобы воздух был чистым, без примесей масла и влаги.

Большую роль в процессе сварки играет сила нажатия на сварочный материал. Она зависит в основном от диаметра сварочного материала и от текучести термопласта. Чем толще сварочный пруток и чем более тугоплавким является термопласт, тем больше должна быть сила нажатия.

Для твердого PVC (диаметр сварочного прутка 3 мм) сила нажатия составляет 0,7-1,2 kp (7-12 Н) или 1,5-2,0 kp (15-20 Н) при диаметре сварочного прутка 4 мм.

Однако сила нажатия ни в коем случае не должна быть выше необходимой.

Т.к. РЕ и РР более текучи, чем твердый PVC, сила нажатия при сварке этих полимеров должна быть несколько меньше.

Тем, кто не имеет ясного представления о силе нажатия при сварке, мы рекомендуем потренироваться в сварке, положив детали на весы. Для сварки мягкого PVC и других резиноподобных термопластов, таких как мягкий РЕ, с подходящим сварочным шнуром, мы рекомендуем использовать прижимной валик.

Далее следует обратить внимание на то, что фильера выбирается в зависимости от диаметра сварочного материала. Правильно подобранной считается фильера, чье выходное отверстие на 1-2 мм больше диаметра проволоки. У современных аппаратов сварочную фильеру легко заменить.

Как приобрести навыки сварки горячим воздухом

Особого умения и сноровки требует обработка твердого PVC, т.к. этот термопласт легко разлагается под действием высокой температуры, а при слишком низкой температуре соединения получаются непрочными. Самый простой способ приобрести некоторый опыт – сделать наплавку сварочного прутка на гладком отрезке плиты из твердого PVC или РЕ. Для этого лучше всего подойдет отрезок толщиной 3-4 мм. Его следует закрепить зажимами на жаропрочной подложке (например, подойдет картон Pertinax), которая, в свою очередь зажата в тиски горизонтально. Предполагаемая сварная зона и сварочный пруток должны быть чистыми. Для очистки не следует применять жидкости, растворяющие или деформирующие термопласты. Рекомендуется обработать поверхность и пруток протяжным шабером. Прежде всего, эта рекомендация касается РЕ и РР, которые долгое время хранились на складе, т.к. поверхность этих полиолефинов под воздействием окружающей среды, например – света, меняется. Сварочный пруток обрабатывается наждачным полотном (зерно 240).

Следующим важным шагом является обрезка прутка наискосок. Если не сделать этого, то между плитой и началом навариваемого прутка не будет плавного перехода.

После проверки температуры воздуха можно начинать сварку. Направление движения аппарата – слева направо.

Веерный способ сварки

Разогрев производится круглой фильерой. Сначала конец сварочного материала обрезается наискосок бокорезами. Затем, конец удерживается перпендикулярно у начала кромок материала, предназначенного для сварки, и начинает разогреваться вместе с материалом. Для того чтобы горячий воздух равномерно попадал на плиты и сварочную проволоку, фильера должна совершать маятникообразные движения. Сварочная проволока с нажимом ведется вдоль направления шва. Т.к. проволока продолжает удерживаться перпендикулярно, она нагревается только в области изгиба.

Рис.1

Сварка протяжкой

Прежде всего, следует вставить конец сварочного прутка в ведущее отверстие фильеры для скорой сварки так, чтобы он выглядывал из отверстия на 2 см. Затем следует разогреть горячим воздухом основной материал в том месте, с которого начнется сварка. Старайтесь при этом начать сварку прямо с края.  Рассмотрите при ярком свете материал. PVC сначала поблескивает, потом появляются мелкие пузырьки, слегка меняющие цвет. РЕ и РР становятся матовыми. Это самый подходящий момент для начала сварки. Разогретый сварочный материал заостренным концом плотно прижимается к основному, фильера с равномерным нажатием ведется вдоль стыка основного материала.

При сварке PVC пруток следует придерживать рукой, при сварке РЕ и РР это делать не обязательно. Если пруток обрывается или же начинает вытекать сбоку из сварочной фильеры, то скорость сварки слишком низка. При слишком высокой скорости пруток и плиты разогреваются недостаточно, и, следовательно, соединение получается непрочным. Шов легко снимется после окончания сварки.

Если сварочный аппарат отрегулирован правильно и температура нагрева воздуха нормальная, то перед прутком и сбоку от него должен образоваться маленький наплыв пластика (сварочный кант). Образование этого наплыва обеспечивает прочность сварочного шва.

Для тренировки приварите по всей длине отрезка плиты сварочный пруток, затем, вплотную к нему, второй. Ведите пруток до внешнего края плиты, затем чисто обрежьте его по краю бокорезами или горячим ножом. Второй пруток с легким нажимом вплавляется в желоб, образованный первым наваренным прутком и поверхностью плиты. Таким же образом навариваются и остальные прутки.

Прерывание сварочного шва

Если возникла необходимость прервать сварочный шов (например, в случае, если сварочный пруток закончился и нужно заправить новый), конец прутка под минимальным углом  наискосок срезают слегка нагретым ножом. Новый равным образом заточенный пруток прижимают к шву. Место стыка сплавляется.

Ошибки при сварке горячим воздухом

Особенно важным условием является равномерный предварительный подогрев основного и сварочного материалов. Если пруток будет разогрет сильно, а основной материал – слишком слабо, то невозможно будет производить сварку с необходимой силой нажима. Из-за этого соединение прутка и основного материал получится непрочным, и пруток можно будет легко удалить.

Вы так же не сможете добиться хорошего результата, если сварка будет производиться со слабым нажимом или при помощи недостаточно горячего воздуха. Слишком высокая температура или слишком низкая скорость сварки (слишком долгое воздействие высокой температуры на пластик) ведут к повреждению термопластов. Так, например, у PVC образуются потемневшие или обугленные участки.

Следует обратить внимание и на то, как Вы держите сварочный пруток. При веерной сварке его следует держать вертикально, перпендикулярно поверхности основного материала, т.к. только в этом случае нажим на зону сварки будет равномерным, а пруток не вытянется и не утончится. Если Вы будете держать пруток под наклоном, это приведет к замерзанию растягивающего и сжимающего усилия. Если подобный шов разогреть снова, как, например, в случае, когда необходимо наложить новый слой,  то старый шов может разойтись. При сварке протяжкой также следует направлять пруток рукой.

Для проверки прочности охлажденный шов разогревается еще раз. Если шов выполнен правильно, то по всей его длине не должно быть никаких дефектов.

Если при сварке пруток держится или направляется неправильно, то существует опасность того, что материал будет слишком сильно растянут. Для PVC недопустимым считается растяжение материала, превышающее 20% от общей длины сварочного прутка. Чтобы проконтролировать, допускаются ли подобные ошибки, отметьте ручкой  на сварочной проволоке отрезок длиной 1000 мм. Затем замерьте длину шва, созданного при помощи этого отрезка, она не должна составить больше 120 мм.

При сварке РЕ, РР и РММА  допустимое растяжение составляет 10% от обще длины сварочного материала.

 

Подготовка зон сварки

Определяющими параметрами при выборе способа соединения являются плотность материала и тип нагрузки. В общем и целом виды швов, применяемых при сварке термопластов  горячим воздухом, сходны со швами, применяемыми для сварки металлов.

Рис.3

Особое внимание хотелось бы обратить на V- образный шов.Для сварки плит встык применяются следующие виды швов: V- образный и X-образный, а для тавровой сварки – полу-V-образный или K-образный шов.  

Вся информация, приведенная ниже, касается также других видов сварочных швов. При раскрое термопластов следует обратить внимание на то, чтобы сварочный шов перекрыл расстояние 0,5-1,0 мм. Кромки плит следует срезать так, чтобы при составлении плит встык между кромками образовался угол 60° (см. рис.3).  Если толщина плиты более 6 мм, то угол должен составлять 70°. Кроме того, для сварки толстых плит рекомендуется применять Х-образный шов. Плиты следует зафиксировать зажимами на теплоустойчивой поверхности таким образом, чтобы при применении сварочной проволоки толщиной 2 мм у «основания», расстояние между плитами  было 0,5 мм.

Если для заполнения основания используется сварочная проволока диаметром 3 мм, расстояние между плитами увеличивается до 1 мм.

Фиксация

Зачастую бывает достаточно сложно фиксировать свариваемые плиты струбцинами. Именно поэтому мы рекомендуем применять сметывание. В этом случае обе плиты скрепляются друг с другом при помощи специальной фильеры для сметывания без сварочного прутка. Фильера, имеющая форму заостренной трубочки,  с легким нажатием ведется вдоль стыка обеих частей так, что они свариваются друг с другом. Если результат сметывания Вас не устраивает, Вы сможете легко разделить плиты и повторить операцию. В случае если сметывание прошло успешно, можно начинать сварку. Обращаем Ваше внимание на то, что прочность сметочного шва никогда не достигает прочности сварки, произведенной с помощью дополнительного материала (сварочного прутка), поэтому сметывание может использоваться только для фиксации плит.

Температурные установки при сметывании соответствуют температуре сварки материала. Скорость сварки следует выбирать с учетом того, чтобы, с одной стороны, можно было соединить кромки плит, и, с другой стороны, чтобы фильера аппарата не поддевала свариваемый пластик, т.к. в этом случае она засорится, и горячий воздух будет поступать в недостаточном количестве.

Перед сметыванием плит необходимо всегда проводить подготовку зон сварки.

 

Сварка при помощи V-образного шва

Первый шов закладывается в основание стыка плит.

Рис.4

 При этом следует обратить внимание на то, чтобы при сварке справа и слева от шва образовывалась «сварочная пена». Только в этом случае удастся достичь необходимой плотности и прочности первого шва. На рис.2 показано, как следует держать аппарат. Ни в коем случае не должны образовываться пустоты между закладываемыми швами. Если при сварке PVC из-за слишком высокой температуры образуются темно-коричневые или же черные участки, их следует удалить трехгранным шабером. Когда V-образный шов будет готов, и Вы захотите убедиться, что в процессе сварки не образовались пустоты, и не было сожженных участков, посмотрите поперечный срез сварочного шва. Если сварка была произведена правильно, то Вы едва сможете различить границы между тремя швами. Если же границы отчетливо видны или если заметны темные участки, то это свидетельствует о том, что сварщику еще не хватает опыта и сожженный материал следует удалить.

Обработка сварочного шва

На практике сварочные швы обычно не обрабатываются из экономических соображений.

Однако при желании обработку шва можно произвести при помощи специального ножа для обработки швов. При обработке шва следует обратить внимание на то, чтобы нож не оставлял засечек. Оставшиеся неровности следует обработать циклей, увлажнив материал достаточным количеством воды.

Создание сварочных швов другой формы

В качестве альтернативной возможности на рис. 5 изображен процесс сварки Х-образным швом, под которым подразумевается наслоение швов один на один. Ширина ребра составляет 1 мм. Прежде всего, один из участков Х-образного шва частично сваривается. Затем с обеих сторон в основании шва делается углубление круглой формы, после чего симметрично с обеих сторон поочередно прокладывается шов.  На рис. 6 показан пример создания Т-образного соединения плит при помощи HV- или К-образного шва.

Рис. 5

Рис. 6

Сварка полов из PVC

Половое покрытие на базе мягкого PVC уже давно применяется в жилых помещениях, кухнях и на производстве. Подобное покрытие кладется встык и склеивается с основанием. Однако данная техника не обеспечивает абсолютной водонепроницаемости полов. Если покрытие из PVC применяется в комнатах с повышенной влажностью или же в комнатах, где велика вероятность попадания большого количества жидкости на пол, таких, как ванные комнаты, кухни, прачечные, мы предлагаем применить  сварку стыков покрытия. Если сварочный шов выполнен по всем правилам, то полы становятся полностью водонепроницаемыми. Сварочный шов может также служить украшением полов, если он выполнен при помощи прутка другого цвета. Помимо инструментов, упомянутых в главе Оборудование и вспомогательные средства для сварки горячим воздухом, Вам потребуется фуганок или шабер для подготовки стыков у ранее приклеенного покрытия и специальный нож с лезвием полусерповидной формы. Давление на пруток при сварке обеспечивается сварочной фильерой, которая также ведет пруток.  Необходимая сила давления составляет 1-3 kp в зависимости от диаметра сварочного прутка.  Зоны сварки должны быть чистыми. Ни в коем случае не допускается попадание на них влаги или масла. Механический способ очистки является в данном случае оптимальным, и только  в случае сильного загрязнения возможна очистка зон сварки мыльным раствором. При сильных масляных загрязнениях применяется денатурированный спирт или медицинский бензин (петролейный эфир). Допускается только кратковременный контакт вышеперечисленных средств с PVC. Для очистки ни в коем случае не следует применять органические жидкости, такие, как трихлорэтилен, эфир уксусной кислоты или ацетон, т.к. они способствуют растворению PVC.

Прежде всего, швы покрытия растачиваются фуганком или шабером таким образом, чтобы между листами покрытия можно было заложить шов.  

Пожалуйста, ориентируйтесь на пример, представленный на рис.7. Диаметр прутка должен быть на 1 мм больше, чем диаметр канала «а». Обычно диаметр прутка 4-5 мм. Глубина канала «t» должна составлять 2/3 от толщины покрытия «d». Как правило, сварка производится слева направо.

Рис. 7

Отработка навыков сварки

В случае, если Вы никогда не занимались сваркой пластика, рекомендуем Вам потренироваться. Для этого можно прикрепить кнопками или гвоздями отрезок PVC-покрытия к доске. После этого по металлической линейке фуганком протачивается канал. На нем и будут отрабатываться навыки.

Обработка сварочного шва

Выступающий над поверхностью полов шов срезается острым ножом с лезвием полусерповидной формы.

Сварка пленки

Для сварки пленки из РЕ или PVC также применяется сварка горячим воздухом.

Для этого Вам потребуется специальная фильера, т.н. фильера с широким щелевым отверстием, и ролик из резины для прижима сварочного шва.

Перед сваркой отрезки пленки располагаются внахлестку на 3-5 см.

Сварка производится следующим образом: одной рукой ведется сварочный аппарат, а другой, при помощи ролика, прижимается шов. Если температура сварки и сила давления ролика выбраны правильно, то на краю верхнего отрезка пленки образуется небольшое утолщение (ребро).

Чтобы пленка при сварке не скатывалась, ее следует предварительно сметать в нескольких местах.

Начинающим мы рекомендуем потренироваться. Получившийся в результате шов следует проверить на разрыв.

Для ремонта пленки также применяется вышеописанный метод. Заплатка выкраивается из того же материала, из которого изготовлено требующее ремонта полотно. Для того чтобы полотно не сместилось в процессе сварки, мы рекомендуем прижать его в середине.

Окантовка

Когда возникает необходимость изготовить держатели, уголки и U-образный профиль, можно воспользоваться методом угловой сварки, но для некрупных предметов (шириной до 60 см), мы рекомендуем применять окантовку.

Прежде чем приступить к сварке, в детали под углом 90° при помощи фрезы протачивается паз. Глубина паза меньше толщины материала на 2-3 мм. После этого паз следует очистить от стружек и зафиксировать деталь на подложке.

Сварка производится аппаратом без насадки. Поток горячего воздуха медленно и равномерно направляется вдоль паза, от начала к концу. После того, как стенки паза размягчатся (проверить это можно при помощи любого заостренного предмета, например, гвоздя), незакрепленный конец детали осторожно отгибается в нужную позицию и придерживается до той поры, пока шов не застынет.  При этом в месте стыка возникает небольшое утолщение.

Таб.  1. Обработка

Термопласт	Температура горячего воздуха (С°)*	Мощность сварки (N) Сварочный пруток 3 мм	Мощность сварки (N) Сварочный пруток 4 мм
РЕ твердый	220-280	10 — 16	25 – 35
РЕ мягкий	190-250
РР	230-280	10 — 16	25 – 35
PVC твердый	300-350	8 — 12	15 — 25
PVC мягкий	250-300	4 — 8	7 — 12
* — измерения проводились на расстоянии 5 мм от выходного отверстия сварочной насадки

  

 

Обзор техник сварки жестких пластиков

Обзор техник сварки жестких пластиков

   
          Сварка материалов – это одна из возможностей прочно соединить детали друг с другом. Зачастую этот метод не находит применения не из-за невозможности достичь желаемого результата, а в связи с настороженностью, возникающей перед мощным оборудованием и «опасностью», сопровождающей сварочный процесс. Такой подход не лишен основания, но все же он не совсем верен.
          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

Пруток для сварки пластика: виды, применение, особенности, характеристики

Люди привыкли ассоциировать процесс сварки с обработкой металлов. Работой, во время которой сварщик в защитной маске, металл искрит, а на подготовку рабочей зоны детали уходит время и силы, иначе шов будет иметь дефекты. Однако сварка и пайка предназначены не только для металлических предметов.

Существует также сварка полимерных материалов. Разные виды пластмасс, полипропилены, а также подобные им соединения тоже свариваются.

Но в отличие от металлов, где при обработке поверхностей применяется электрод или сварочная проволока того же состава, пайка полимеров основана на использовании прутков искусственного производства (разные виды пластика, ПП, пластмассы).

Содержание статьиПоказать

Выбор прутка для спайки полимеров

Присадочные проволоки для полимеров производятся на базе различных материалов. Существуют присадочные прутки типа ПП (РР, полипропилен), присадочная проволока АБС (ABS), а также прочие разновидности, которых довольно много. Ведь количество типов проволок зависит от количества разновидностей пластмасс.

Это основано на том, что для качественного выполнения шва состав материала детали должен быть идентичен составу рабочего элемента.

Это правило, работающее как для металлов, так и для полимерных соединений. Нужно выполнить сваривание полипропилена низкого давления? Берется присадочный тип ПНД.

Стоит помнить, что диаметр прутка для сварки пластика не должен превышать ширину отверстия паяльного аппарата. Превышение толщины рабочего элемента приведет к его застреванию внутри паяльника. Это правило относится ко всем его видам.

Полимерные присадочные элементы бывают разного типа сечения. Этот показатель зависит от производящей их компании.

Кто-то производит их с сечением в форме треугольника, кто-то – в форме круга. Встречаются также плоские модели прутков для сварки пластика. Круглое сечение подходит для всех типов работ.

Сечение в форме треугольника лучше справляется со сваркой под углом. Плоские модели хорошо паяют стыки в одной плоскости.

Примечание

Прутки для пластика могут поставляться в небольших бобинах

Работа над свариванием пластика берет начало на уровне подготовки. Поверхность детали зачищается от грязи, шероховатостей и неровностей. Для разных типов полимеров используется разные способы зачистки – от наждачной бумаги до шлифовальных машин.

Принцип выравнивания поверхности работает так же, как и с металлическими деталями – это обеспечивает надежный, качественный шов.

У прутков для сварки пластика с круглым сечением затачивается внешний край. Остальное зависит от вида используемого паяльника. При работе с экструдером, имеющим разъем для присадочной проволоки, нужно вставить туда пруток и включить аппарат.

Далее подождать нагревание рабочего элемента, и включить подачу, прикоснувшись соплом месту спайки. При работе с ручным феном достаточно приложить к месту сваривания деталей пруток для сварки пластика и нагреть его с малого расстояния.

Формирование шва происходит постепенно. Рабочая часть не должна плавиться чересчур быстро, не допускается неравномерность шва. При использовании полипропиленового типа требуется прижатие к поверхности детали для равномерного заполнения стыка.

Если во время пайки пруток был задействован не весь, излишки можно убрать. Поверхность шва прогревается, лишняя часть срезается. Однако нельзя перегревать шов, это может привести к деформации.

Заключение

Основным правилом остается выбор прутка для сваривания пластика в соответствии с материалом детали.

Поверхность пластика перед работой, так же как и металлическая, нуждается в обработке и подготовке к свариванию.

Качественное, долговечное соединение требует зачистки поверхности, иначе создается риск брака.