Министерство
образования Российской Федерации.
Пермский национальный
исследовательский политехнический университет.
Механико-технологический
факультет.
Кафедра сварочного
производства и
технологии
конструкционных материалов
«Технология
электрической сварки давлением, металлических
строительных изделий»
Лабораторная
работа по дисциплине:
«Технология
металлов и сварка»
Работу выполнил
студент:
заочного отделения
СТФ
группы ПГСз-08-1
Шамшурин Ю.В.
Работу проверил
и принял:
профессор,
доктор технических наук
Игнатов М.Н.
Пермь 2012 г
СВАРКА ПЛАСТМАСС.
Технологии и методы сварки пластмасс
Соединение пластмасс между собой
может осуществляться механическим путем
с помощью болтов, заклепок, склеиванием,
а также при помощи сварки. Из перечисленных
способов соединения только при помощи
сварки можно получить соединение без
инородных материалов, а также соединение,
которое по свойствам и составу будет
максимально приближен к основному материалу.
Поэтому сварка пластмасс нашла применение
при изготовлении пластиковых конструкций
к которым применяются повышенные требования
к герметичности, прочности и др.
Процесс сварки пластмасс состоит в образовании
соединения за счет контакта, нагретых,
соединяемых поверхностей. Он может происходить
при определенных условиях:
Повышенная температура. Ее величина должна
достигать температуры вязкотекучего
состояния конкретного полимера.
Плотный контакт свариваемых поверхностей.
Оптимальное время сварки – время выдержки.
Также следует отметить что, температурный
коэффициент линейного расширения пластмасс
в несколько раз больше, чем у металлов,
в процессе сварки и охлаждения возникают
остаточные напряжения и деформации, которые
снижают прочность сварных соединений
пластмасс.
На прочность сварных соединений пластмасс
большое влияние оказывают химический
состав, ориентация макромолекул, температура
окружающей среды и другие факторы.
При сварке пластмасс могут используются
различные виды сварки, такие как:
Сварка пластмасс газовым теплоносителем
с присадкой и без присадки
Сварка экструдируемой присадкой
Контактно-тепловая сварка оплавлением
Контактно-тепловая сварка проплавлением
Сварка в электрическом поле высокой
частоты
Сварка термопластов ультразвуком
Сварка пластмасс излучением
Химическая сварка пластмасс - склеивание
Как и при сварке металлов, при сварке
пластмасс следует стремиться к тому,
чтобы материал сварного шва и околошовной
зоны по механическим и физическим свойствам
был максимально приближен к соответствующим
свойствам основного материала. Сварка
термопластов плавлением, как и другие
методы их переработки, основана на переводе
полимера сначала в высокоэластическое,
а затем в вязкотекучее состояние и возможна
лишь в том случае, если свариваемые поверхности
материалов (или деталей) могут быть переведены
в состояние вязкого расплава. При этом
переход полимера в вязкотекучее состояние
не должен сопровождаться разложением
материала термодеструкцией.
При сварке многих пластмасс выделяются
вредные пары и газы. Для каждого газа
имеется строго определенная предельно
доступная его концентрация в воздухе
- ПДК. Например, для диоксида углерода
ПДК равна 20, для ацетона -200, а для этилового
спирта - 1000 мг/м3.
Сварка трением.
Трением сваривают стыковые соединения
преимущественно тел вращения: стержней
круглого сечения, труб.
Химическая сварка (склеивание).
В настоящее время склеивание наряду
со сваркой - один из наиболее распространенных
способов соединения деталей из пластмасс.
Склеивание не заменяет, а дополняет другие
способы соединения, хотя и является иногда
единственно возможным. Более широкому
распространению склеивания препятствует
недостаточно высокий уровень прочности
клеевых прослоек по сравнению с прочностью
некоторых видов пластмасс (например.
армированных волокнами), сложность технологии
склеивания, ограниченная возможность
неразрушающего контроля качества соединения,
а также некоторое предубеждение работников
производства против склеивания, обусловленное
недостатком информации и специальных
знаний. Главный же недостаток технологии
склеивания, ограничивающий возможность
автоматизации сборки - трудоемкость обработки
поверхности деталей и длительность отверждения
термореактивных клеев.
Отдельные недостатки, свойственные
клеевым соединениям, могут быть устранены
путем комбинирования склеивания с механическим
соединением. К перспективным комбинированным
методам склеивания можно отнести склеивание
с обжатием зоны телескопического шва
импульсным электромагнитным полем и
склеивание с обжатием шва с помощью термоусаживающихся
муфт.
В последние 70 лет в теории и технологии
склеивания достигнуты значительные успехи,
что связано, в частности, с созданием
приборов и методов, дающих возможность
производить самые различные испытания
- от простейших на разрыв до сложных неразрушающих
методов определения статической прочности
соединений.Каждый новый полимерный материал,
появляющийся в промышленности, оценивается
в отношении способности склеиваться.
Это обусловлено следующими преимуществами
склеивания по сравнению с другими способами
соединения: возможностью соединения
пластмасс с другими материалами; применению
как в единичном, так и в крупносерийном
производстве; низкими энергетическими
затратами при использовании клеев холодного
отверждения; сохранностью структуры
и свойств соединяемых материалов; возможностью
соединять детали сложной формы и по большим
поверхностям; способностью «залечивать»
дефекты на соединяемых поверхностях:
стойкостью создаваемого соединения к
распространению трещин, зародившихся
в толще соединяемого материала.
На способность склеиваться влияют такие
свойства пластмасс, как низкая поверхностная
энергия полимерной фазы, наличие состарившихся
слоев и низкомолекулярных веществ (мономеров,
пластификаторов, смазок), вышедших на
поверхность из объема, гетерогенность
наполненных пластмасс, набухание под
влиянием компонентов клеев (например,
клеев-растворов).
Для склеивания пластмасс применяют
большое число клеев на основе почти всех
промышленных полимеров. При выборе клея
учитывают прежде всего химическую природу
соединяемых материалов, а также условия
эксплуатации клеевого соединения, конструктивные
особенности изделия и требования к технологическим
свойствам клея. Часто применяют клен,
аналогичные или близкие по химической
природе к полимерной основе пластмассы.
Вместе с тем склеивание может быть осуществлено
и универсальными (пригодными для различных
материалов) клеями, например, эпоксидными,
полиуретановыми, акрилатными.
Для склеивания отвержденных реактопластов
рекомендуются главным образом термореактивные
клеи. Композиционные материалы на основе
реактопластов соединяют с помощью клеев
на основе жесткого термореактивного
полимера, подвергнутого модифицированию
каучуком: фенолокаучуковые клеи (1950 г.),
эпоксикаучуковые клеи (1966 г.) или термопластом:
фенолоацетальные клеи (1944 г.), эпоксиполиамидные
клеи (I960 г.). Теплостойкие композиционные
материалы склеивают эпоксифенолокремнийорганическими
(1963 г.) эпоксифенольными (1953 г.), полиимидными
(1966 г.) и другими полиароматическими клеями.
Термопласты по их способности склеиваться
могут быть разделены на 3 группы:
1) легкосклеиваемые — полярные или неполярные,
но хорошо растворимые и не требующие
специальной подготовки поверхности (поливинилхлорид,
полиметилметакрилат, полистирол и сополимеры
стирола, поликарбонат, полиуретаны, полиизобутилен);
2) условно легкосклеиваемые — полярные,
но трудно растворимые и требующие несложной
подготовки (полиэтилентерефталат, пентапласт,
пластифицированный поливинилхлорид);
3) трудносклеиваемые — неполярные или
полярные, нерастворимые и требующие специальной
подготовки поверхности (полиэтилен, полипропилен,
политетрафторэтилен, полиформальдегид,
полиамиды). Трудносклеиваемые термопласты
подготавливают к склеиванию различными
химическими, физическими или комбинированными
способами.
Склеивание не получило такого развития,
как это предсказывали 45-50 лет тому назад,
только по причине несовершенной технологии.
Подготовка поверхности перед нанесением
клея иногда занимает до 75 % всей продолжительности
склеивания, а затраты на ее выполнение
составляют около 75 % всех затрат на процесс
склеивания.
Поскольку максимальная прочность клеевого
соединения обеспечивается соответствующей
подготовкой склеиваемых поверхностей,
этому вопросу уделяется большое внимание.
Еще в самом начале освоения технологии
склеивания композиционных материалов
было предложено склеиваемую поверхность
обрабатывать шлифовальной шкуркой (для
создания матовой поверхности) и наносить
на нее грунт. До сих пор этот способ предпочитают
другим видам подготовки. Опескоструивание
при подготовке композиционных материалов
эффективно лишь в случае снятия тонкого
лакового слоя таким образом, чтобы наполнитель
не выступал над поверхностью. Более технологичным
считается способ подготовки поверхности
волокнистых композиционных материалов,
заключающийся в приформовывании к ней
удаляемого защитного (жертвенного) слоя
и снятия его непосредственно перед нанесением
клея.
Ведется поиск технологий склеивания,
исключающих необходимость подготовки
склеиваемых поверхностей. В этом направлении
уже достигнуты некоторые успехи — это
вибрационное и механохимическое склеивание,
по своей сути мало отличающиеся друг
от друга.
К перспективным направлениям рационализации
процесса склеивания можно отнести использование
скоростного отверждения традиционных
реактивных клеев за счет химического
или физического воздействия (например,
введением ускорителей отверждения или
подведением дополнительной энергии),
применение одноупаковочных (однокомпонентных)
клеев - капсулированных химически блокированных
клеев (например, полиуретановых клеев).
Скорость отверждения термореактивных
клеев увеличивают методом теплового
удара, т. е. резкого местного повышения
температуры в зоне клеевого шва. Так,
формирование клеевого слоя на основе
клеев холодного отверждения при температуре
150-200 °С заканчивается за 3—5 мин. Такое
скоростное соединение можно осуществить
с помощью ультразвукового или высокочастотного
нагрева.
В технологии склеивания с целью ускорения
сборки продолжают расширять область
применения термоплавких клеев (клеев-расплавов),
которые имеют уже более чем 45-летнюю историю.
Для ускорения соединения с помощью термоактивируемых
клеев (реактивных и термопластичных)
используют индукционный нагрев последних.
Эта технология получила название «электромагнитное
склеивание». Более равномерное и строго
регулируемое температурное поле по сравнению
с традиционным индукционным нагревом
с помощью катушечного индуктора и токов
высокой частоты с частотой 450 кГц обеспечивает
способ нагрева с использованием U-образных
элементов и токов высокой частоты с частотой
10-20 кГц. Этим способом соединяют пластмассовые
зажимные скобы с металлическим корпусом,
присоединяют металлические зажимные
скобы к элементам остекленения или пластмассовым
решеткам.
Много внимания уделяется вопросам механизации
и автоматизации процесса склеивания
и, в частности, созданию устройств для
дозирования и нанесения клеев. С расширением
применения термоплавких клеев возникла
необходимость в создании оборудования
для их нанесения. В настоящее время в
технологию склеивания пластмасс началось
внедрение промышленных роботов, предназначенных
в первую очередь для нанесения клеев.
Одна из актуальных проблем в области
технологии склеивания - неразрушающий
контроль качества соединений. К его методам
относят визуальный осмотр, простукивание,
инфракрасную дефектоскопию, тепловой
контроль, рентгенодефектоскопию, радиоскопию
и ультразвуковую дефектоскопию. Для выполнения
неразрушаюшего контроля, а также для
изучения процесса возникновения и развития
трещин в клеевом соединении в нагруженном
состоянии представляет интерес метод
акустической эмиссии. Метод нейтронной
радиографии чувствителен к дефектам
типа пустот.
Большинство литературных данных по
конструированию клеевых соединений касается
рекомендаций по выбору формы клеевых
швов. Успешное применение склеивания
в большой степени зависит от правильного
конструирования мест соединения. Знание
распределения напряжений в соединении
служит основой для выбора формы и размеров
клеевого шва. Одной из важнейших рекомендаций
остается конструирование, исключающее
действие отслаивающих нагрузок. Тенденция
конструирования клеевых соединений предполагает
учет не только прочностных, но и деформационных
свойств соединяемых материалов и клеевой
прослойки. Сходимость расчетных и практических
данных, характеризующих деформации и
напряжения в клеевом шве, улучшается
при использовании современных методов
расчета и, в частности, метода конечных
элементов, которое стало возможным благодаря
внедрению ЭВМ.
Важную роль в расширении применения
склеивания играет стандартизация процесса
и подготовка специалистов этого профиля.
Перспективы развития технологии склеивания
связаны с ростом номенклатуры полимерных
материалов, созданием клеев, наделенных
новыми свойствами и возможностями переработки,
разработкой расчетных методов оценки
прочности соединения, учитывающих большое
число факторов, влияющих на прочность,
развитием неразрушающих методов контроля
качества клеевых соединений.
Контроль качества
сварных швов при сварке пластмасс
Соблюдение принятой технологии —
необходимое условие получения качественных
сварных соединений, поэтому следует строго
контролировать операции подготовки материала
и технологию сварных работ.
Готовые
сварные соединения контролируют наружным осмотром, проверяют
на прочность, пористость и химическую
стойкость. Во время наружного осмотра
выявляют прежде всего внешние дефекты
сварных швов: неровности по ширине и высоте
и непровар сварных швов. При пленочных
материалах место шва должно быть ровным,
а материал не должен быть вытянутым или
собранным в сборки.