Когда должна производиться подготовка поверхности листов пластмасс под сварку

Обновлено: 05.10.2024

Сварка пластика осуществляется за счет диффузии макромолекул полимеров, а именно из-за их диффузионно-реологических и химических реакций между собой с применением нагревательных устройств. Для сварки подходит только термопластичный вид пластмассы.

Термопластичные виды пластика

Термопласты при нагревании становятся пластичными, а в охлажденном состоянии обратно принимают свою форму, не теряя первоначальных свойств. Температура их нагрева зачастую в пределах 140-240 о С, перегрев приводит к разложению пластмассы.

Виды термопластичной пластмассы:

полиэтилен (с высокой плотностью менее прочен и теплоустойчив по сравнению с полиэтиленом низкого давления);
поливинилхлорид (хорошая диэлектрическая проницаемость);
фторопласт (высокая устойчивость к агрессивным химическим средам);
полипропилен (самые маленькие показатели плотности среди всех видов пластмасс, твёрдый и термостойкий, температура плавления 175 о С);
полистирол (хрупкий, низкая теплостойкость 80 о С);
полиметилметакрилат (органическое стекло, обладает антикоррозийными и диэлектрическими свойствами, небольшая механическая прочность);
полиэтилентерефталат (температура плавления 260 о С, разложения 350 о С, не растворяется в органических растворителях и воде);
поликарбонат (большой коэффициент теплового расширения, пластичный и прочный, неустойчив к УФ-излучению длительного характера);
полиамиды (нейлон, капрон обладают износостойкостью с высокой поверхностной твердостью).

У каждого вида свой собственный температурный режим плавления и разложения. Для сварочного соединения подходит только пластмасса одного вида.

Прочность в разных температурных диапазонах.
Диэлектрическая способность (не у всех видов).
Стойкость к механическому износу.

Для сварки пластмассы обязательна респираторная защита дыхательных путей, т. к. в процессе нагрева из пластика выделяется достаточно много вредных веществ.

Применяемые способы сварки термопластов

Процесс сваривания термопласта может быть выполнен: термопистолетом или феном, с помощью экструдера или контактным способом сварки. Особенность данного процесса в том, что материал нагревается до вязко-текучего состояния, при этом используется небольшое давление.

Перед сваркой (любым способом) необходимо подготовить пластик, а именно произвести очистку от загрязнений или повреждений примерно за 20 минут до начала работ.

Присадочный стержень выбирается, согласно химическому составу, подходящему к основному свариваемому пластику. Важно помнить, что присадочные прутки для пластика становятся хрупкими при температуре менее +15 о С. Прутки могут быть разной формы среза: круглые, треугольные.

Примерная стоимость сварочных прутков на Яндекс.маркет

Использование фена или термопистолета

Ручной аппарат подачи горячего воздуха популярен, благодаря своей удобности использования в разных условиях, в том числе и бытовых. В данную группу входят строительные фены, так называемые термопистолеты с возможностью нагрева воздуха до высоких температур. Применяют данную технологию сварки для материалов с толщиной от 1 мм до 10 мм. Если дополнительно используют сварочный пруток, то его также нагревают нагретым воздухом. Сварочные пистолеты иногда используют вместе с паяльником.

Выделяют два способа сварки с помощью устройств подачи горячего воздуха:

Сварка с использованием присадочного материала (встык).
Сварка термопластов внахлест, без сварочных прутков.

Сварочный фен имеет специальные насадки:

фиксирующие, для зажима сварочных изделий перед сваркой;
щелевые, для кровельных материалов;
формировочные, для сварки пластмассы большого размера.

Благодаря насадкам, фен можно использовать для разного вида конструкций по сравнению с термопистолетом. Термопистолет чаще служит для сварки термопластичных пластмасс внахлест, а с помощью фена соединение материалов осуществляется встык с добавлением присадочного стержня в область сварочного шва.

Примерная стоимость строительных фенов на Яндекс.маркет

Особенности работы с феном или термопистолетом:

Диаметр присадочного материала не должен быть более 4 мм, чтобы нагреться за короткий промежуток времени.
Процесс сваривания необходимо выполнять достаточно быстро, чтобы избежать разложения материала.
Строгое выдерживание температурного режима, согласно виду термопласта. На качество работы влияет как перегрев, так и недогрев.

Сварка пластика с помощью экструдера

Использование экструдера для сварки пластика считается наиболее удобным и экономным. Экструдер подает в сварочный шов уже расплавленную (размягченную) массу, которая придавливается направляющим соплом. Данное устройство используют для соединения изделий с большой толщиной.

Преимущества работы с экструдером:

меньший расход энергии;
улучшенный способ теплопередачи;
не нужно использоваться прижимающие приспособления;
полный контроль над качеством сварочного шва.

Сварка экструдером начинается с подготовки изделия (очистки), далее происходит плотная стыковка участков сварки (можно выполнить это вручную). Процесс сваривания можно производить в умеренно быстром темпе, обязательно установить температурный режим для термопластичного вида пластика. После завершения работы деталь должна находиться в неподвижном состоянии до своего полного остывания.

Применение контактной сварки

Принцип работы контактной сварки заключается в том, что зона соединения нагревается до вязкого состояния полимера с помощью нагревающего устройства, передающего тепло напрямую во время контакта с поверхностью.

Существуют три способа контактной сварки:

Проплавление материалов — устройство соприкасается с внешней поверхностью, и таким образом тепло подается в область соединения через толщину поверхности. Подходит для полимерных листов маленькой толщины или пленок.
Оплавление полимеров — используют для труб, трубопроводов.
Термоимпульсная сварка выполняется посредством нагревательных элементов, через которые проходят короткие, но сильные импульсы тока. Продолжительность импульса от 0,1 до 1 секунды, в паузах между импульсами область сварочного шва соединяется под давлением.

Импульсная контактная сварка показывает достаточно высокие показатели соединений (90%-100% прочности).

стационарные машины для контактной сварки;
настольные машины;
ручные или подвесные клещи;
модульная аппаратура.

Различные виды пластика встречаются во всех сферах современной жизни, независимо в быту или на производстве. Он популярен, поскольку обладает уникальными свойствами и при нагревании может принимать очень сложные геометрические конфигурации или соединять несколько элементов. Каждый вид пластика характеризуется собственным набором технических характеристик и сообразно этим свойствам надо выбирать и применять сварочные прутки.

Предподготовительные мероприятия

Сварка элементов требует соблюдения некоторых правил, независимо от используемого оборудования: фен или экструдер. Работа не может проводиться в окружении мусора и пыли, поэтому рабочее пространство надо хорошо очистить от любых загрязнений. Процедура выполняется на надежной, прочной и устойчивой поверхности.

Перед началом работы, поверхность деталей надо подготовить для хорошего соединения. Сварка прутком может происходить и с внутренней стороны, и с наружной. Прежде чем приступить непосредственно к сварке, надо используемому аппарату хорошо нагреться до нужной температуры. Через насадку пропускается сварочный пруток, который прикладывается к кромкам элементов.

Если на детали присутствуют декоративные элементы, через которые проходит шов, их необходимо устранить. Сделать это несложно, так как чаще всего они крепятся с помощью клея, который под воздействием разгоряченного воздуха, быстро отходит.

Подготовка шва

Подготовка шва заключается в проделывании V-образной канавки (угол 90 о ) глубиной не менее двух третей толщины материала. Канавка для шва может формироваться шлифовальной машиной (болгаркой), но надо защищать глаза специальными очками. После расчистки шва, нужно примерить пруток – он полностью должно поместиться в образовавшуюся канавку и возвышаться над нею на 1-2 мм. Иногда листы достаточно толстые и для наполнения шва может понадобиться несколько прутков, которые будут устанавливаться в несколько подходов.

Процедура сварки пластика

Очень важно помнить, что хороший аккуратный и, главное, долговечный шов можно получить, только если применять пруток их того же материала, что и пластиковый лист. Если не соблюдать этого правила, все усилия будут тщетны, поскольку полеченное соединение разрушиться в скором времени при малейшем механическом усилии.

Перед началом сварки кончик прутка необходимо заточить, после чего устанавливается насадка и задается нужная рабочая температура. Сварку можно начинать только после достижения необходимой температуры.

Рабочую поверхность нужно предварительно разогреть при помощи фена. Вставляется пруток, таким образом, чтобы он выступал из насадки примерно на пять сантиметров. Важно правильно держать сварочный аппарат, то есть его наклон должен быть параллельным обрабатываемому шву. Когда пластик начинается разогреваться, сварочный пруток аккуратно вдавливается в шов.

Процедура не сложная и если придерживаться все вышеперечисленных правил, то успешный результат гарантирован.

В основе сварки пластмасс лежит процесс взаимодействия макромолекул при контакте свариваемых деталей. Этот процесс может быть диффузионным (прн сварке плавлением) или химическим.

Сварка плавлением применяется для термопластов, химическая — для реакто - пластов.

Применение пластмасс в сварных конструкциях и изделиях

Полиэтилен (пленки, трубы, прутки)

Винипласт (лист пленки, трубы, прутки)

Полипропилен (пленки, трубы)

Полиамин (пленки, трубы, прутки)

Полистирол Полиметилметакрилат Полиизобутилен

Пластикат из поливинилхлоридных смол

Фторопласт (лист, пленки,

Трубопроводы химических производств, тара, покрытия теплиц, крупноразмерные конструкции Конструкции, трубопроводы и изделия химических производств, баки, ванны, футеровка сосудов, резервуаров, травильных и электролизных ванн Конструкции и изделия с высокими механическими свойствами и незначительной газопроницаемостью, трубопроводы химических производств и горячей воды

Конструкции для остекления парников, теплиц, водонепроницаемая тара и обкладка стен вагонов и зданий, трубопроводы для водоснабжения полей, садов и т. п.

Электрическая изоляция, предметы культурно-бытового назначения

Крупногабаритные конструкции, сосуды, прозрачные модели и т. д.

Обкладка травильных и электролизных ванн, цистерн, кислотохранилищ, изоляция конструкций фундаментов, облицовка туннелей и др.

Обкладка травильных и гальванических ванн

Конструкции и изделия, в которых требуются высокие тепловая и химическая стойкость и диэлектрические свойства

СПОСОБЫ СВАРКИ ПЛАСТМАСС

Сварка газовым теплоносителем заключается в следующем. Свариваемые кромки и присадочный пруток нагревают подогретым воздухом или инертным газом до вязкотекучего состояния. Сварной шов образуется под действием механического усилия, передаваемого через присадочный пруток, или путем сдавливания свариваемых поверхностей.

Прн сварке пленок н листов малой толщины применяется сварка без присадочного материала, с подводом тепла к наружным поверхностям материала и сваркой их внахлестку при сдавливании.

Сваркой газовым теплоносителем выполняются стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые соединения (рис. 13). Присадочный материал представляет собой прутки круглого (диаметром 2—6 мм) нлн другого сечения, которые, нагреваясь, размягчаются и своей массой заполняют шов под небольшим прижимом, а при сварке пленок — ленту шириной 10—15 мм. Листы н трубы

Рис. 13. Подготовка кромок деталей перед сваркой горячим газом:

толщиной 4 мм н более сваривают прутком за несколько проходов (слоев). Дли повышения производительности применяют пруткн треугольного нли квадратного сечения (по сеченню разделки кромок) нлн сдвоенные. Эффективно использование предварительного подогрева прутка и разделки, а также специальных наконечников горелкн.

Контактно-тепловая (термоконтактная) сварка подразделяется на сварку оплавлением и проплав - леннем. В первом случае нагревательный инструмент непосред

а — без разделки кромок; б, в — с разделкой кромок; г — разделка кромок углового соединения; д, е —разделка кромок таврового соединения.

ственно соприкасается со свариваемыми поверхностями, во втором — тепло к свариваемым поверхностям поступает сквозь толщу свариваемых деталей, а нагреватель контактирует с их внешней поверхностью. Сварку оплавлением используют для деталей значительной толщины, проплавле-

инем — для тонких листов и пле

нок, образующих нахлесточное соединение. Нагреватели могут быть в виде дисков, пластин, полос, профилированных пленок, нитей, игл. Сварочный инструмент нагревают электрическим током, открытым пламенем н т. д. После нагрева свариваемые кромки разводят, инструмент убирают, а оплавленные поверхности соединяют под небольшим давлением и сваривают. Сварка

труб в зависимости от диаметра н толщины стенки может производиться встык и враструб. При сварке встык соединение осуществляется по торцам труб, а нагревательный инструмент представляет собой плоский диск нли кольцо. При контактной сварке враструб соединение происходит по внутренней поверхности раструба и наружной поверхности трубы, а нагревательный инструмент имеет гильзу для оплавлення наружной поверхности труб и дорп для оплавления внутренней поверхности раструба.

Сварку экструдированной присадкой (экструзионную сварку) выполняют с помощью экструдера, обеспечивающего непрерывную подачу расплава, получаемого из гранулированного материала нлн расплавленного прутка. Как разновидность этого способа применяют так называемую контактно-экструзнонную сварку, когда нагретое сопло касается кромок, добавочно нагревая их. При третьем способе — сварке литьем—присадочный материал подают в зону соединения непосредственно нз литьевой машины.

В первых двух случаях экструдируемой присадкой можно сваривать стыковые, угловые и нахлесточные соединения. При сварке стыковых соединений применяют V - и Х-образную разделку кромок с углом раскрытия 70—100° при К-образной и 60—80° при А-образной разделке. Зазор (вставляет 0,5—1,5 мм, диаметр струи расплава 3—4 мм, температура присадочного материала 220— 280"С. Прочность сварного соединения выше прн сопутствующей прокатке формируемого шва роликом с силой 10—80 Н. Для сварки термопластов экструдируемой присадкой применяют полуавтоматы типа ПСП-ЗЭ и ПСП-4 со шнеко- 1 О
вымн пистолетами-экструдерами, а также ПСП-5 н РЭСУ-500 с пистолетами- экструдерами прямоточного типа.

Сварку инфракрасным излучением производят аналогично контактной сварке встык, но с расположением нагревательного элемента, нагретого до необходимой температуры, на некотором расстоянии от торцов свариваемых труб. Процесс нагрева труб основан на свойстве термопластичных материалов поглощать инфракрасное излучение н превращать электромагнитную энергию в тепловую. В различных термопластах по-разному происходит поглощение лучистой энергии поверхностными слоями и, в завнснмостн от степени прозрачности материала, также н внутренними слоями, что определяет скорость н глубину прогрева материала.

При сварке растворителями необходимая подвижность молекулярных цепей создается за счет набухання контактирующих поверхностей в присадке-раство - рителе илн смеси растворителей.

Сварка трением основана на получении тепловой энергия для оплавления и сварки торцов изделий (чаще всего труб) за счет перехода механической энергии трення деталей относительно друг друга в тепловую. Различают три схемы процесса сварки треннем: вращением свариваемых деталей нли вставки между ними, вибрации свариваемых деталей или промежуточного элемента, комбинации этих двух схем.

Некоторые пластмассы (полярные пластмассы) и изделия могут свариваться также токами высокой частоты (ТВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ), ультразвуком (УЗ), светом, холодной сваркой.

ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ

Техническме херактеристики ручных горелок для сварки термопластов газовым теплоносителем с присадочным прутком

Большое влияние на качество сварочного шва при производстве изделий из полипропиленовых и других полимерных листов оказывает их подготовка перед процессом сварки. Подготовка материала состоит из нескольких этапов, соблюдение которых является неотъемлемой частью получения качественного сварного шва, а значит и конечного продукта (изделия).
Уже на этапе раскроя материала необходимо соблюдать ряд рекомендаций, касающихся как способа резки, применямых инструментов и параметров самого процесса. Запрещается использование абразивного инструмента при резке пластиковых листов, т.к. частицы абразива неизбежно попадут в зону сварочного шва и могут вызвать непровар в процессе сварки, а также служить концентраторами напряжения, приводящими к разрушению конструкции в процессе эксплуатации готового изделия. Но даже в случае использования не абразивного инструмента есть ряд ограничений, касающихся режима работы инструмента. Так, не рекомендуется производить резку на высоких оборотах, т.к. это приводит к локальному перегреву материала, где также возникают непровары, снижающие эксплуатационные показатели изделия.

Краеугольным камнем в подготовке полипропиленовых, полиэтиленовых и других пластиковых листов к сварке является процесс удаления оксидного слоя непосредственно перед сваркой. Полимерные материалы подвержены процессу окисления, в результате которого на поверхности листов образуется оксидный слой, обладающий отличными от материала листа физико-химическими свойствами, в том числе температурой плавления. Перед любым видом сварки будь то сварка горячим воздухом (феном), экструдером ил стыковым станком оксидный слой необходимо удалить непосредственно перед сваркой. Если между удалением и сваркой прошло более 20 минут, то процесс зачистки необходимо повторить.

Резюмируя вышесказанное мы рекомендуем производить резку электрическим лобзиком или циркулярной пилой, с оговоркой, что резка должна осуществляться на низких оборотах и зубцы должны быть среднего размера. Удаление оксидного слоя допускается производить электро-рубанком на средних оборотах.

Обращаем ваше внимание, что данная статья несет рекомендательный характер и содержит опыт многих российских производителей изделий из полимерных материалов.

Перечень сварочного оборудования для пластиковых листов вы найдете в нашем каталоге:

Экструзионная сварка обычно применяется для термопластов с низкой температурой текучести и широким температурным интервалом вязкотекучего состояния, способных выдерживать значительный перегрев без деструкции. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, пластифицированный поливинилхлорид и др.

Бесконтактную экструзионную сварку целесообразно применять для соединения материалов небольшой толщины (до 3 мм). Это, в первую очередь, одно- и многослойные пленки и армированные пленочные материалы.

Сварка производится путем непрерывной подачи в зазор между соединяемыми поверхностями расплава, который вместе с пленками проходит между прижимными роликами (рис.3.2).

Преимуществом сварки по этой схеме является то, что исключается возможность утонения материала в зоне шва, возможное при других методах.

Рис.3.2. Схема бесконтактной экструзионной сварки полимерных пленок: 1 – корпус экструдера; 2 – шнек; 3 – нагреватель; 4 - присадка из экструдера; 5 – свариваемые пленки; 6 – прижимные ролики

Скорость сварки пленок зависит от производительности экструдера и их толщины и может изменяться от 0,5 до 3 м/с.

Тонкие полиэтиленовые и пропиленовые пленки толщиной до 60 мкм можно сваривать путем подачи присадочного материала поверх двух слоев пленок. Толщину присадочного материала при сварке однослойных и армированных пленочных материалов выбирают равной толщине пленки, а ширину нахлестки – 3…4 мм (для пленок толщиной до 400 мкм).

Сварку экструдируемой присадкой можно использовать для выполнения стыковых, угловых, тавровых и нахлесточных соединений. Основные типы и размеры конструктивных элементов регламентированы ГОСТ 16310-80 и определяются толщиной материала, нагрузкой, действующей на сварную конструкцию, и доступностью к месту сварки.

Экструзионная сварка листовых материалов толщиной до 3 мм выполняется без разделки кромок только контактным методом, так как в этом случае разделка осуществляется при движении мундштука в процессе сварки. При бoльших толщинах следует применять V- или Х-образную разделку кромок. Важен правильный выбор угла разделки кромок, так как от него во многом зависит прочность сварного соединения. При угле раскрытия кромок до 100° для образцов с V-образной разделкой и до 80° для образцов с Х-образной разделкой прочность сварного соединения возрастает с увеличением этого угла, достигая прочности основного материала. При дальнейшем увеличении угла раскрытия кромок повышается расход присадочного материала, а следовательно, и число проходов, что приводит к снижению скорости сварки.

Для получения прочных и герметичных сварных соединений следует выполнять сварку с зазором 1,5-2,5 мм. Ручной сваркой даже при наличии зазора трудно обеспечить стабильное проплавление корня шва по всей его длине. В этом случае соединения выполняют с подваркой корня шва с обратной стороны. Если обратная сторона недоступна, применяют подкладки (съемные или остающиеся). Подкладки необходимо изготавливать из материалов с малой теплопроводностью: керамические, металлические с полимерным покрытием, полимерные.

Разнотолщинность свариваемых материалов в случае стыковых соединений не должна превышать 1 мм. Если разность толщин свариваемых материалов превышает 1 мм, то на листах большей толщины S1 делается скос под углом 15±5° с одной или двух сторон до толщины более тонкого листа S (рис.3.3). Подготовку кромок под сварку можно выполнять резаками (вручную), а также на фрезерном или токарном станке.

Рис.3.3. Подготовка кромок при сварке разнотолщинных материалов

температура присадочного материала;
скорость сварки;
давление на расплав.

Сварка на оптимальных режимах обеспечивает прочность сварных соединений, близкую к прочности основного материала, причем оптимальные значения параметров режима не зависят от толщины материалов. Лучшие результаты достигаются при использовании присадки из того же материала, что и свариваемые.

Сварка нагретым прутком чаще всего используется в монтажных условиях, где возникает необходимость в применении ручных малогабаритных устройств (рис.3.4). Расплавленный материал подается в зону сварки непрерывно поступающим в нагревательный цилиндр устройства сварочным прутком. Нагрев прутка в цилиндре осуществляется горячим воздухом или электронагревателем. Иногда этот способ используют совместно с предварительным подогревом свариваемого материала горячим воздухом. Рекомендуется использовать присадочные прутки диаметром от 2,5 до 6 мм.

Рис.3.4. Экструзионная сварка внутреннего шва полимерной трубы

Разновидностью способов сварки термопластов экструдированной присадкой является сварка литьем под давлением. В этом случае расплав подается в зону соединения из литьевой машины периодически (рис.3.5). Таким способом соединяют заранее отштампованные детали. Сварку осуществляют в специальной форме, которая имеет каналы, расположенные по линии разъема. По этим каналам продавливается расплав. Расплав, передавая часть тепла кромкам соединяемых деталей, плавит и соединяет их по линии разъема. Данный способ обладает высокой производительностью, его используют при сварке изделий в труднодоступных местах по поверхностям сложной конфигурации, когда сварка другими способами невозможна или затруднена.

Рис.3.5. Схема сварки методом литья под давлением сферической конструкции: 1 – верхняя полусфера; 2, 3 – части прессформы; 4 – нижняя полусфера; 5 – сварной шов; 6 - контрольное отверстие; 7 - литьевая машина; 8 – присадочный материал; V – направление движения расплавленного материала

Читайте также: