Пластическая сварка — основы процесса и оборудование

Пластическая сварка - основы процесса и оборудование

Пластиковые детали часто используются многими отраслями промышленности. Пластик обладает удачным соотношением прочности и массы. Этому материалу не страшна коррозия. Существует два типа пластмасс: термореактивные и термопластичные, из которых пластической сварке подлежит только второй тип — термопластик. Компоненты формованных термореактивных материалов не поддерживают изменения путем приложения тепла и необратимой реакции. Здесь доступно только механическое креплением или склеивание. Другому виду полимеров – термопластам, удачно подходит пластическая сварка — размягчение и реконструкция методом нагревания с последующим соединением.

Пластическая сварка – принцип и способы

Термопластичные пластмассы допустимо сваривать любым из трёх методов:

  1. Термическим.
  2. Фрикционным.
  3. Экструзионным.

Кроме того, термическая пластическая сварка поддерживает четыре разных вида производства:

  • нагретым жалом,
  • горячим воздухом,
  • лазерным лучом,
  • инфракрасным нагревом.

Пластмассы ПВХ отличаются от ПЭВП, ЛПЭНП и ФПП, поскольку в основном представлены аморфными структурами, тогда как другие виды имеют полукристаллические структуры.

Когда ПВХ нагревается, структура материала размягчается, структурные связи сглаживается, чем обеспечивается прочная пластическая сварка.

Сплав поверхностей нагретым жалом

Сплав горячим инструментом — это метод, при котором поверхности соединяются от прямого контакта с нагретым металлическим инструментом.

Простое соединение (например, соединение труб), как правило, сопровождается работой с плоскими поверхностями. Поэтому инструмент пластической сварки обычно представляет собой нагретую пластину.

Однако на практике встречаются масса других – усложнённых вариантов пластичной сварки. Так, при пайке автомобильных задних фонарей или фар, из-за двойного изогнутого сопряженного интерфейса требуется применять более сложный инструмент. Сложная конфигурация жала позволяет нагревать поверхности в соответствии с контурами стыкового интерфейса.

Пластическая сварка горячим воздухом

Труднодоступные обрабатываемые области и относительно короткие швы – это традиционные факторы применения пластической сварки горячим воздухом, подаваемым отдельно от прутка-наполнителя.

Этот способ пластической сварки является предпочтительным для обработки аморфных пластмасс, в частности ПВХ. Если работа выполняется инструментом ручного управления, особое внимание уделяется поддержанию равномерного давления и постоянству скорости движения.

В процессе пластической сварки пластиковый пруток вручную вводится жимом вертикально в направляющий паз. Сила давления зависит от выбранного основного материала и сечения пластикового прута.

Нагретый воздух, исходящий из трубчатого сопла, попеременно направляется на пруток и в точку соединения, образуя своего рода маятниковые движения. Поэтому способ часто называют «маятниковый».

Процесс маятниковой сварки
Маятниковая технология нагрева воздухом: 1 – пластиковый заполнитель (пруток); 2 – направление и сила давления; 3 – свариваемый материал; 4 – воздушное сопло; 5 – маятниковый ход сопла; 6 – предварительный нагрев; 7 – направление движения

Стандартно для пластической сварки используется пруток круглого поперечного сечения, но также допускаются формы

  • овальная,
  • треугольная,
  • прямоугольная.

Температура горячего воздуха для пластической сварки перекрывает диапазон 200 — 600°C, в зависимости от видов соединяемых полимеров.

Температуру плавления материала ПВХ достаточно сложно чётко определить по причине значительной разницы в размерности кристаллических частиц структуры. Этим фактором и объясняется широкий диапазон температуры плавления.

Высокоскоростная пластическая сварка

Для высокоскоростной обработки горячим воздухом требуется несколько иное сварочное сопло, соответствующее форме используемого полимерного прутка. Процесс является более быстрым, более однородным и, следовательно, более эффективным, чем маятниковый.

Кроме того, увеличенные поперечные поверхности сварочных прутков в этом варианте могут обрабатываться за один проход. Такой подход приводит к меньшему остаточному напряжению, следовательно, к более низкому усилию пластической сварки.

Высокоскоростная пластическая сварка
Технология высокоскоростной спайки: 1 – пластиковый пруток; 2 – направление и сила давления; 3 – свариваемый материал; 4 – воздушное сопло; 5 – сопло тяги; 6 – подогрев; 7 – направление движения

Пластическая сварка горячим воздухом поддерживает работу с большинством термопластов. Однако именно ПВХ является основным материалом, который сваривается при помощи воздушной техники с раздельной или совместной подачей.

Между тем помимо ПВХ существуют еще несколько видов пластиков, которые допускается пластически сваривать ручным инструментом:

  • полиэтилен,
  • полипропилен,
  • акрил,
  • полистирол,
  • поликарбонат.

Экструзионная спайка горячим газом

Горячая газовая экструзионная пластическая сварка предпочтительна для высокоскоростной обработки при толщине стенок от 6 мм.

Экструзионный способ сокращает время работы, даёт более высокую прочность и низкое внутреннее напряжение по сравнению с обычным ручным способом.

Экструзионный способ повышает надежность процесса и видится более эффективным. Для работы необходим специальный наконечник, соответствующий геометрии шва, и пруток-наполнитель, состоящий из того же материала, что и основной материал, который пластифицируется в экструдере.

Экструзионная пластическая сварка
Технология экструзионной спайки: 1 – воздушное сопло; 2 – подогрев; 3 – рабочий материал; 4 – пруток пластиковый; 5 – винт экструдера; 6 – сила давления

Здесь скорость пластической сварки определяется количеством экструдата и размерами сварного шва. Кроме того, необходима предварительная тепловая обработка основного материала.

Таблица: Стандартные параметры для рабочего процесса пластической сварки

Процесс Материал Тип пластиков Температура воздуха, ºС Объём потока, мин Скорость, мм/мин Сила давления на пруток, N
3 мм 4 мм
Ручной Термопласт Все 300 — 370 40 — 50 60 — 170 8 — 20 20 — 30
Авто Термопласт Все 300 — 410 45 — 60 60 — 350 10 — 20 25 — 35

При экструзионной технологии значения объёма и скорости в среднем составляют 200 – 300.

Инструмент пластической сварки

Традиционный инструмент пластической сварки горячим воздухом — пневматический пистолет — экструдер. Инструмент содержит корпус, оснащённый нагревательным элементом — соплом. Экструдер — это своего рода бесконтактный паяльник, разработанный под высокие требования спайки.

Поток воздуха и температура регулируются инструментом в заданном диапазоне. Основной элемент экструдера – сопло, как правило, являются сменным аксессуаром.

Поэтому под любой материал пластической сварки нетрудно подобрать подходящую конфигурацию сопла, настроить поток воздуха и температуру.

Чаще всего в качестве инструмента применяются ручные экструдеры. Устройства выпускаются разные по конфигурации и техническим параметрам, поэтому выбор под конкретную задачу ничем не ограничивается.

Конечно, для достижения оптимальных результатов пластической сварки важно выбрать правильный инструмент. Решающими критериями отбора здесь являются:

  • тип обрабатываемых пластмасс,
  • толщина свариваемых материалов,
  • требования к продукции,
  • опыт сварщика.

Одним из примеров ручного экструдера удачно выглядит разработка фирмы «LEISTER» — ручной экструдер серии «WELDPLAST».

Экструдер ручной
Ручной инструмент для профессиональной деятельности. Обеспечивает обработку практически всех видов пластмасс, подлежащих свариванию. Накладывает качественный крепкий шов

Компактная модель экструдера «WELDPLAST S1» позволяет добиться идеального качества шва. Аппарат поддерживает работу с прутками сечением 3 — 4 мм.

На корпусе есть встроенная светодиодная индикация. Удобная панель управления, обеспечивают мониторинг процесса. Поддерживается пластическая сварка всех типичных видов материала: PVC, PE, PP, PA, PVDF, ECTFE.

Более технологичные способы спайки пластика

Инновационными и самыми современными считаются два способа пластической сварки:

  1. Ультразвуковой.
  2. Фрикционный.

Ультразвуковая пластическая сварка

Технология является современным, быстро набирающим популярность методом слияния термопластов и термопластичных композитов.

Пластическая сварка ультразвуком осуществляется путем применения механической вибрации с высокой амплитудой (1 — 250 лм) и высокой частотой (10 — 70 кГц). Это приводит к циклической деформации деталей, прежде всего на сгибах и неровностях поверхности.

Циклическая энергия преобразуется в теплоту за счёт внутреннего термопластического межмолекулярного трения. Эффект напоминает обычный нагрев металлической проволоки, которую неоднократно изгибают взад и вперед.

Ультразвуковая сварка пластика
Пример исполнения спайки термопластов по технологии ультразвуковой обработки. Процесс осуществляется за счёт высокочастотных вибраций, благодаря которым происходит разогрев до температуры сплава

Выделяемого тепла, наибольшего на поверхности (потому что неровности напрягаются больше, чем объем), вполне достаточно для расплавления термопластика и сплава деталей.

Между тем, обычно формируют искусственную неровность в виде треугольного выступа одну из соединяемых частей. Так улучшается консистенция при нагреве и качество пластической сварки.

Искусственный выступ — энергетический директор или концентратор, испытывает самые высокие уровни циклического напряжения, поэтому здесь создаётся наибольший уровень нагрева. В результате энергетический директор расплавляется и течет, соединяя расплавом сопрягаемые части детали.

Фрикционная пластическая сварка (спайка трением)

Применяются четыре основных варианта технологии:

  • линейная,
  • орбитальная,
  • спиновая
  • угловая.

Орбитальная и линейная пластическая сварка аналогичны в процессах, которые поддаются широкому диапазону геометрии, в то время как угловая и спиновая технологии в первую очередь пригодны для круговых геометрий.

Все четыре процесса полагаются на относительное движение между двумя частями, готовыми к соединению, что сопровождается трением.

Единственное существенное различие между этими процессами — геометрия относительного движения. Важно отметить, что во всех случаях угловая скорость смещения измеряется в радианах за секунду.

Кроме того, в случае угловой пластической сварки, угол поворота определяется в радианах. По скоростям можно оценить рассеивание мощности на основе фундаментального предположения о том, что мощность равна скорости, умноженной на силу трения.

Фрикционная сварка пластика
Один из вариантов применения сплава по технологии фрикционного действия: 1 – зажимной патрон высокооборотного станка; 2 – вращающаяся часть инструмента; 3 – фиксированная часть детали

Линейная вибрационная пластическая сварка позволяет сваривать поверхности, которые перемещаются в одном направлении.

Однако при линейной вибрационной технологии существует риск появления относительно слабых сварных швов. Эти швы часто приводят к выравниванию стенок поперек направления вибрации.

Без надлежащей поддержки (внутренне с ребрами жесткости или снаружи со встроенными приспособлениями), проявляется дефект отклонения и уменьшения относительного движения интерфейсов.

Орбитальная пластическая сварка даёт относительно постоянную скорость по причине эллиптического или кругового движения, предполагая.

Предполагается, что амплитуды в обоих направлениях равны. Эта постоянная скорость рассеивает больше энергии на стыке для заданного времени и амплитуды по сравнению с линейной вибрацией.

Где сварка термопластов применяется чаще всего?

Основное применение пластической сварки заключается в ремонте полиолефиновых резервуаров, контейнеров, а также различных секций поливинилхлорида, АБС, ПЭ и ПП. Кроме того, пластиковая спайка часто используется для ремонта в автомобильной промышленности, строительстве, для упаковки материалов и т.п.


При помощи материалов: LEISTER и SciencePG


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *