Технология электрической сварки давлением, металлических строительных изделий

Нарушение температурного режима сварки характеризуется значительным потемнением (от темно-коричневого до черного цвета) поверхности валика и основного материала.

Плотность сварных швов, т. е. отсутствие в них сквозных пор, проверяют жидкостью (водой или керосином) или воздухом, а более ответственные швы — электроискровым способом. При проверке сосудов жидкостями надо смазать наружные стороны сварных швов меловым раствором; места просачивания обнаружатся по пятнам, выступающим на поверхность мелового покрытия. Если используют сжатый воздух, то наружную поверхность шва смачивают мыльным раствором. Этот метод не рекомендуется при испытании конструкций из таких пластмасс (например, полиэтиленовых), которые подвержены образованию трещин под действием внутренних напряжений.

Применяется также метод проверки сжатым воздухом с погружением испытуемых сварных швов в воду. Неплотные места обнаруживают по воздушным пузырям. Однако, применяя этот метод, можно не заметить мелких пор.

В производстве упаковочной тары применяется способ длительного (5—10 ч) погружения сварных изделий в 2% водный раствор фуксина. Качество шва характеризуется проникновением жидкости внутрь сварного изделия.

Наиболее надежный и удобный метод проверки плотности швов — электроискровой, позволяющий обнаружить даже мельчайшие дефекты. Он основан на высоких электроизоляционных свойствах большинства полимеров (для сварных соединений из полиизобутилена этот метод неприменим), К индуктору, на выходе которого может быть получено напряжение 15—20 кВ, присоединены проводники, оканчивающиеся щупами-щетками из тонкой мягкой медной проволоки, которые укреплены па рукоятках из диэлектрического материала. На одной из щеток имеется индикаторная неоновая лампа. При испытании одну щетку ведут с одной стороны сварного соединения, другую — с противоположной стороны. В момент прохождения щеток над дефектным местом между ними проскакивает искра и зажигается неоновая лампа. В установках, не имеющих металлической опоры, при обследовании качества шва искровым методом, должно быть обеспечено заземление.

Ультразвуковые методы контроля качества сварных швов используют способность ультразвуковых колебаний проникать с большой скоростью (до 12000 м/с) в материал и отражаться от поверхности раздела сред с различными акустическими свойствами.

Известны три основных метода применения ультразвука для обнаружения внутренних дефектов: теневой, эхо-метод и резонансный.

Теневой метод основан на получении звуковой тени в местах нарушения сплошности материала и позволяет определять размеры, а иногда и конфигурацию дефектов. Его недостатком является невозможность определения глубины залегания дефектов.

Эхо-метод основан на отражении ультразвуковых колебаний от границы раздела двух сред с различными акустическими свойствами.

Резонансный метод основан на возбуждении в толще материала непрерывных ультразвуковых колебаний, частота которых периодически меняется. Эффект резонанса наступает всякий раз, когда толщина изделия равна целому числу полуволн ультразвука, т. е. в случае возникновения стоячих волн ультразвуковых колебаний, излучаемых и отраженных от дна изделия.

Кроме ультразвуковых методов контроля применяют также вибрационные.

Одним из наиболее эффективных методов выявления дефектов в сварных швах является рентгенография. Она дает возможность получить наглядную картину сварного соединения, причем снимок обеспечивает постоянную регистрацию результатов обследования. Недостатком его является сложность проведения обследования, поэтому его применяют в особо ответственных случаях.

Наиболее характерные дефекты сварных соединений и методы их устранения приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Дефекты сварных соединений, причины их возникновения и способы устранения

 

Дефекты	Причины возникновения	Способы устранения
Непровар	Повышенная скорость сварки, недостаточная напряженность электрического ноля. Недостаточная температура нагрева сварочных инструментов. Недостаточное сварочное давление	Вторичная и последующая сварки (для всех термопластичных полимеров, кроме листового винипласта)
Прожоги и выплески основного материала в местах швов	Повышенная напряженность электрического поля. Перегрев сварочных инструментов. Повышенное давление. Нарушена рабочая поверхность электродов (вмятины, прогар, брызги металла и полимера и т. д.)	Вырезать дефектное место и заварить заново
Уменьшенная толщина сварного шва. Разложение материала сварного шва	Увеличено сварочное давление. Чрезмерный нагрев инструментов	Отрегулировать сварочное давление. Понизить температуру инструментов
Посторонние включения в сварном шве	Засоренная поверхность сварочных инструментов, электродов	Очистить поверхность сварочных инструментов, электродов
Потемнение или покраснение сварного шва	Слишком большое время выдержки (перегрев)	Отрегулировать режим сварки
Незаметный на глаз сварной шов	Недостаточное время выдержки. Слабый нагрев инструментов. Низкая напряженность электрического поля	То же
Плохая свариваемость деталей при оптимальном режиме сварки	Хранение изделий при пониженной или повышенной температуре в помещения с повышенной влажностью. Выполнение сварки в помещениях с повышенной температурой	Хранить изделие и свариваемый материал в помещениях при нормальной влажности и температуре 15— -25 °С

 

 

 

Комбинированные способы сварки полимеров

Ряд полимеров (полиамиды, фторопласты, поликарбонат и др.) из-за особенностей теплофизических свойств обладают ценными эксплуатационными свойствами, которые позволяют использовать их в ответственных сварных конструкциях. Однако эти полимеры обладают плохой или ограниченной свариваемостью. Для расширения технологических возможностей сварки и повышения качества сварных соединений на этих полимерах целесообразно использовать комбинированные способы сварки.

Сущность комбинированных способов сварки полимеров заключается в том, что на различных стадиях процесса на материал шва воздействуют различными источниками энергии. При этом один из источников энергии служит для активации материала на стыкуемых поверхностях, например придания вязко-текучего состояния. А второй источник энергии способствует протеканию процессов образования соединения за счет ускорения диффузионных, химических, макро- и микрореологических процессов на границе раздела свариваемых поверхностей.

Классификация способов

Классификация базируется на общей классификации сварки полимерных материалов, широко освещенной в специальной литературе. В основу классификации комбинированных способов сварки положены источники энергии, используемые при сварке. Схема комбинирования по видам энергий приведена на рис. 29.12, примеры способов показаны на рис. 29.13. В зависимости от сочетания видов энергий различают:

1)    термомеханическую сварку — использование термической активации свариваемых поверхностей с последующим механическим воздействием на материал шва (термопрессовая; термоультразвуковая; ИК-ультразвуковая);

2)    сварку с растворителями — использование растворителей для перевода полимера в высокоэластическое состояние с последующей обработкой соединения ультразвуковыми колебаниями;

3) термохимическую — использование химически активных материалов, потенциально способных обрабатывать химические соединения полимеров с активацией процесса образования химических связей за счет выделения тепловой энергии при обработке ТВЧ или УЗ колебаниями.

В зависимости от последовательности, воздействия различных видов энергии способы подразделяются на последовательное, когда воздействуют сначала одним видом энергии, а затем другим; параллельное, когда одновременно воздействуют оба вида энергии, и последовательно-параллельное. Пример последовательно-параллельного воздействия приведен на рис. 29.14 для фрикционно-ультразвуковой сварки полимеров.

Термоультразвуковая сварка с присадочным материалом

Сущность способа заключается в последующей ультразвуковой обработке сварного шва при прутковой сварке нагретым газом. При этом воздействие УЗ колебаниями на шов способствует повышению качества сварного соединения за счет дегазации материала шва (удаляет поры, пустоты), дополнительного разогрева и перемешивания расплава на границе между присадочным прутком и основным материалом. Целесообразно использовать при соединении листового винипласта в ответственных сварных конструкциях.

Основные режимы сварки: температура и расход газа; усилие осадки прутка; амплитуда УЗ колебаний; статическое усилие воздействия УЗ инструмента.

Термоультразвуковая сварка имеет несколько разновидностей в зависимости от источника нагрева (см. рис. 29.13,б, в).

Сущность способов заключается в предварительном нагреве соединяемых поверхностей до температуры вязко-текучего состояния. При этом в стыке создается мягкая прослойка материала с повышенным декрементом затухания УЗ колебаний. При последующем пропускании УЗ колебаний в прослойке происходит интенсивное поглощение УЗ энергии, разогрев и плавление полимера. Механическое воздействие УЗ колебаний вызывает макро- и микрореологические процессы, способствующие перемешиванию расплава в стыке. Целесообразно использовать для соединения фторопласта-4, полиамидов, поликарбоната.

Основные режимы сварки: температура предварительного нагрева поверхностей; статическое усилие сжатия; амплитуда и время УЗ воздействия.

При фрикционно-ультразвуковой сварке  используется сочетание механической энергии трения и УЗ колебаний.

Сущность способа заключается в предварительном разогреве материала стыкуемых поверхностей за счет энергии, выделившейся при вибрации или трении вращения до температуры вязко-текучего состояния. При последующем пропускании УЗ колебаний происходит плавление, дезориентация течения расплава в стыке, перемешивание материала стыкуемых поверхностей. Целесообразно использовать для соединения, полиамидов, поликарбоната.

Основные режимы сварки: скорость поверхностного скольжения; статическое усилие сжатия при трении и УЗ обработке; амплитуда и время УЗ обработки.

Сварка нагретым газом.

 

Сварка пластмасс нагретым газом – горячий воздух нагревает поверхности свариваемого материала и присадочного прутка и, после приложения давления и остывания,  получается монолитное соединение. Отличительной характеристикой способа является подвод тепла непосредственно к соединяемым поверхностям и последовательно от одного участка шва к другому. Наряду с последовательной сваркой возможна также сварка по всей поверхности шва за один прием. Сварку с помощью нагретого газа можно осуществлять с применением присадочного материала и без присадочного материала.

Данной сваркой можно соединять детали практически любых размеров и конфигураций из поливинилхлорида, полиолефинов, полиметилметакрилата, полистирола, полиамидов в любых условиях сварочного производства.

Недостаток этого способа – низкая производительность, высокая стоимость.

Положение шва при сварке: нижнее, горизонтальное, вертикальное (снизу вверх), вертикальное (сверху вниз), горизонтальное на вертикальной поверхности, потолочное; горелка с быстросвариваемым соплом; предпочтительное нижнее и горизонтальное положение шва.

Изделия: толщина 1,5-20 (30)мм, панели, трубы, гидроизоляционные детали, покрытия для полов, фасонные детали.

Материалы: твердый, мягкий поливинилхлорид, твердый, мягкий полиэтилен, полипропилен, полиоксиметилен, полиметилметакрилат, полиамиды, полиизобутилен, поликарбонат.

 

Рис. 1. Схема сварки пластмасс нагретым газом с применением присадочного материала:

1- свариваемые изделия; 2- сварочный  шов;

3- присадочный материал; 4- наконечник  нагревателя;

5- струя  нагретого газа

Прочность соединений, получаемых без применения присадочного материала, выше, чем с его применением, и достигает 80- 90 % прочности основного материала, при этом удельная вязкость материала почти не снижается. Данный способ сварки используется главным образом для соединения плоских изделий прямолинейным швом.

 

Рис. 2. Схема сварки нагретым газом листов термопласта без присадочного материала:

1-сварной шов; 2- прижимные ролики; 3- свариваемые листы; 4- наконечник  нагревателя

 

 

Рис. 3. Схема сварки нагретым газом пленочных материалов:

1- свариваемые  пленки; 2- ограничительые ленты; 3- струя газа; 4- наконечник нагревателя; 5- упругая подложка; 6- жесткое основание

 

Рис. 4. Схема сварки пленок оплавлением кромок с подготовкой свариваемых кромок (а) и без подготовки свариваемых кромок (б):

1- свариваемые  пленки; 2- струя газа; 3- наконечник  нагревателя; 4- сварной шов; 5- зажимные  губки

Сварка нагретым инструментом

Сварка нагретым инструментом является наиболее универсальной для соединения различных изделий из термопластов ( пленок, листов, труб, лент, профилей и др.). Обычно при сварке этим способом присадочный материал не применяется.

Для нагрева соединяемых поверхностей используются металлические инструменты различной формы, а нагрев может осуществляться путем непосредственного соприкосновения с соединяемыми поверхностями (прямой нагрев, применяется в основном для сварки толстостенных изделий) или подводом тепла с внешней стороны через всю толщину детали( косвенный нагрев, используется для сварки пленок и тонких листов). Нагретые детали спрессовывают, а затем охлаждают.

При подводке тепла с внешней стороны изделий нагревательный инструменты одновременно служат и для спрессовывания соединяемых деталей. Нагрев изделий может быть односторонним или двусторонним. Последний применяется только в тех случаях, кода конструкция свариваемого изделия позволяет подводить нагреватели с вух сторон

А) Сварка встык

Положение шва при сварке: любые пространственные положения.

Изделия: толщина s>2мм, ручная сварка, трубы, профили, панели, слитки,  фасонные детали.