Сварка трением и вибротрением.
Способ сварки трением - двухэтапный процесс. Первый этап- нагрев, второй-осадка. В процессе нагрева деталей в зоне контакта при трении различают три периода. Первый- это притирка (сухое трение), сопровождаемая незначительным выделением теплоты. Под воздействием давления и высоких скоростей перемещения трущихся поверхностей отно-сительно друг друга в начальный момент (при недостатке теплоты) происходит разруше-ние неровностей в зоне контакта, а не течение расплава, как это имеет место при уже раз-вившемся и перешедшим в квазистационарную фазу процессе. Выделяющая при трении теплота ведет к снижению вязкости поверхностного слоя и коэффициента трения, поэтому необходимо повышать давление прижима свариваемых деталей с целью увеличения коли-чества теплоты, выделяющийся в единицу времени.
Второй период соответствует разрушению поверхностных пленок и взаимодействию чистых поверхностей, что сопровождается явлением адгезии трущейся пары. При этом происходит заметное выделение теплоты. Третий переход сопровождается адгезионным процессом по всей трущейся поверхности. Этот установившийся процесс нагрева и оп-лавления является наиболее важным периодом и фактически он определяет длительность нагрева свариваемых деталей.
При сварке трением механическая энергия в зоне контакта свариваемых деталей превращается в тепловую. За счет выделяющейся на трущихся поверхностей теплоты происходит переход термопластичного материала в вязкотекучее состояние. После дос-тижения необходимого нагрева процесс трения прекращают и детали соединяют путем осадки.
Трением можно сваривать подавляющее большинство термопластов, имеющих ста-бильную вязкость в широком диапазоне температур: полиолефины, полиамиды, органиче-ские стекла (полиметилметакрилат), полиформальдегиды, полистирол, поликарбонаты. При помощи трения можно получить неразъемные соединения деталей из разнородных пластмасс, а также обеспечивать надежные сварные соединения деталей, выполненных из непластифицированного пластифицированного ПВХ.
Обычно при сварке ПВХ, полиолефинов, ПА время сварки при трении вращением со-ставляет 3-25 с. Средние скорости вращения должны быть не менее 1,5-3 м/с, что для де-талей небольших диаметров (прутков) соответствует 9-10 об/с. При сварке прутков из оргстекла число оборотов должно быть увеличено до 13 об/с и более. Для стыковки пруд-ков диаметром 25 мм необходимо 100 об/с. При сварке кристаллических полимеров с уз-ким интервалом вязкотекучего состояния требуется строгое ограничение времени тормо-жения шпинделя станка по окончании оплавления.
Перед сваркой трением детали из ПА, ПК необходимо подвергать нагреву. Этим по-лимерам свойственно повышенная гигроскопичность, они поглощают влагу из воздуха. Сварка влажных деталей не позволяет получить сварные швы высокой прочности.
Лучше подвергаются сварке трение детали из жестких пластмасс, в частности, свар-кой трением можно соединять трубы при строительстве трубопроводов малых и средних диаметров.
Сварка излучением
Сварка инфракрасным излучением
Процесс нагрева свариваемых термопластов ИК – излучением основан на свойстве лучей отдавать свою энергию поглощающим телам. Поглощение сопровождается превра-щением переносимой электромагнитной энергии в тепловую, что приводит к повышению температуры облучаемого тела, ИК – спектр имеет длинны волн 0,4-1000 мкм, т.е. от гра-ницы видимого красного света до коротковолновой части миллиметрового диапазона. ИК – лучи обладают всеми свойствами видимого спектра. Они также отражаются, преломля-ются и поглощаются. Если частота ИК - лучей совпадают с собственной частотой колеба-ний элементарных частиц облучаемого вещества, то происходит так называемая резо-нансное поглощение, т.е. превращение электромагнитной энергии в тепловую.
Нагрев ИК – излучением отличен по своей природе от других способов нагрева. Разо-вая среда (воздух) не препятствует теплопередаче с поверхности излучения на нагревае-мую поверхность, т.е. отсутствие прямого контакта между рабочей поверхностью излуча-теля и нагреваемой поверхностью не является препятствием для передачи лучистой энер-гии.
Различные термопласты по-разному поглощают лучистую энергию, и это поглощение происходит не только нагреваемой поверхностью, но и в зависимости от степени прозрач-ности материала с внутренними слоями, что определяет также глубину прогрева. Сочетая мощность лучистого потока с поглощающей способностью облучаемого материала, мож-но в широких пределах регулировать процесс плавления материала.
Источник ИК – излучения – самый важный элемент сварочных установок и уст-ройств, предназначенных для свариваемых деталей и термопластов. В зависимости от свариваемых деталей излучатель помимо большой интенсивности должен либо обеспечи-вать получение без специальных оптических устройств, узкого вытянутого луча, либо, на-оборот, облучать значительную площадь.
Источник ИК – излучения, применяется для сварки пластмасс, должен иметь регули-руемую в широком диапазоне мощность лучистой энергии. Распределение энергии от ис-точника излучения должно быть равномерным, и рабочая поверхность излучения не должна искривляться в процессе нагрева, потому что искривление приводит к неравно-мерности поля излучения.
Из применяемых на практике источников ИК – излучения наиболее приемлемы для сварки термопластов – силитовые стержни и нагреватели из хромистой стали. Эффектив-но могут быть использованы также кварцевые лампы стержневого типа.
Сварка лучом лазера.
При сварке термопластов лучом лазера нагрев соединяемых поверхностей достигает-ся в результате превращение лучевой энергии лазера в тепловую в месте фокусировки лу-ча. Особенностью лазерного излучения состоит в его способности создавать в фокусе мощность значительной плотности. Для этого когерентный луч при помощи специальных линз собирается в узкий пучок, достигающий десятых долей миллиметра.
Непрерывно действующий СО2-лазер мощностью 1 кВт позволяет в фокальном пятне диаметром 0.1мм получить плотность тепловой мощности 3 мВт/см2. Применение лазеров для сварки различных материалов стало возможным в настоящие время в связи с появле-нием относительно дешевых молекулярных газовых лазеров, в частности, работающих на СО и СО2. Лазерная сварка оказалась эффективной при соединении тонких полимерных пленок. При этом получены очень высокие скорости.
Характер излучения лазерной установки должен соответствовать поглощающим свойствам материала.
Для сварки полимерных материалов могут быть использованы не только лазерные сварки лазеры, генерирующие лучи с длинной волны 10.6мин, но и лазеры на твердых кристаллах.
Ядерная сварка
Новый способ сварки пластических масс с помощью нейтронного облучения соединяемых материалов в месте стыка получил название ядерной сварки. Сущность этого способа состоит в облучении пластмасс направленным локализованным потоком нейтронов.
На поверхность деталей предварительно наносят тонкий слой соединений лития или бора. При облучении слоя нейтронами начинаются ядерные реакции, сопровождающиеся интенсивным выделением энергии. За счёт этой энергии пластические массы нагреваются до вязкотекучего состояния и свариваются между собой.
Ядерная сварка не получила пока практического применения. Однако этот способ перспективен для материалов с низкой пластичностью при повышенной температуре ( например, для фтооропласта- 4 ), а также для материлов, различных по своей природе ( керамика, кварц, алюминий с фторопласта-4 ).
Ядерная сварка неприменима в том случае, когда материал под действием нейтронного облучения становится радиоактивным
Способ сварки трением - двухэтапный процесс. Первый этап- нагрев, второй-осадка. В процессе нагрева деталей в зоне контакта при трении различают три периода. Первый- это притирка (сухое трение), сопровождаемая незначительным выделением теплоты. Под воздействием давления и высоких скоростей перемещения трущихся поверхностей отно-сительно друг друга в начальный момент (при недостатке теплоты) происходит разруше-ние неровностей в зоне контакта, а не течение расплава, как это имеет место при уже раз-вившемся и перешедшим в квазистационарную фазу процессе. Выделяющая при трении теплота ведет к снижению вязкости поверхностного слоя и коэффициента трения, поэтому необходимо повышать давление прижима свариваемых деталей с целью увеличения коли-чества теплоты, выделяющийся в единицу времени.
Второй период соответствует разрушению поверхностных пленок и взаимодействию чистых поверхностей, что сопровождается явлением адгезии трущейся пары. При этом происходит заметное выделение теплоты. Третий переход сопровождается адгезионным процессом по всей трущейся поверхности. Этот установившийся процесс нагрева и оп-лавления является наиболее важным периодом и фактически он определяет длительность нагрева свариваемых деталей.
При сварке трением механическая энергия в зоне контакта свариваемых деталей превращается в тепловую. За счет выделяющейся на трущихся поверхностей теплоты происходит переход термопластичного материала в вязкотекучее состояние. После дос-тижения необходимого нагрева процесс трения прекращают и детали соединяют путем осадки.
Трением можно сваривать подавляющее большинство термопластов, имеющих ста-бильную вязкость в широком диапазоне температур: полиолефины, полиамиды, органиче-ские стекла (полиметилметакрилат), полиформальдегиды, полистирол, поликарбонаты. При помощи трения можно получить неразъемные соединения деталей из разнородных пластмасс, а также обеспечивать надежные сварные соединения деталей, выполненных из непластифицированного пластифицированного ПВХ.
Обычно при сварке ПВХ, полиолефинов, ПА время сварки при трении вращением со-ставляет 3-25 с. Средние скорости вращения должны быть не менее 1,5-3 м/с, что для де-талей небольших диаметров (прутков) соответствует 9-10 об/с. При сварке прутков из оргстекла число оборотов должно быть увеличено до 13 об/с и более. Для стыковки пруд-ков диаметром 25 мм необходимо 100 об/с. При сварке кристаллических полимеров с уз-ким интервалом вязкотекучего состояния требуется строгое ограничение времени тормо-жения шпинделя станка по окончании оплавления.
Перед сваркой трением детали из ПА, ПК необходимо подвергать нагреву. Этим по-лимерам свойственно повышенная гигроскопичность, они поглощают влагу из воздуха. Сварка влажных деталей не позволяет получить сварные швы высокой прочности.
Лучше подвергаются сварке трение детали из жестких пластмасс, в частности, свар-кой трением можно соединять трубы при строительстве трубопроводов малых и средних диаметров.
Сварка излучением
Сварка инфракрасным излучением
Процесс нагрева свариваемых термопластов ИК – излучением основан на свойстве лучей отдавать свою энергию поглощающим телам. Поглощение сопровождается превра-щением переносимой электромагнитной энергии в тепловую, что приводит к повышению температуры облучаемого тела, ИК – спектр имеет длинны волн 0,4-1000 мкм, т.е. от гра-ницы видимого красного света до коротковолновой части миллиметрового диапазона. ИК – лучи обладают всеми свойствами видимого спектра. Они также отражаются, преломля-ются и поглощаются. Если частота ИК - лучей совпадают с собственной частотой колеба-ний элементарных частиц облучаемого вещества, то происходит так называемая резо-нансное поглощение, т.е. превращение электромагнитной энергии в тепловую.
Нагрев ИК – излучением отличен по своей природе от других способов нагрева. Разо-вая среда (воздух) не препятствует теплопередаче с поверхности излучения на нагревае-мую поверхность, т.е. отсутствие прямого контакта между рабочей поверхностью излуча-теля и нагреваемой поверхностью не является препятствием для передачи лучистой энер-гии.
Различные термопласты по-разному поглощают лучистую энергию, и это поглощение происходит не только нагреваемой поверхностью, но и в зависимости от степени прозрач-ности материала с внутренними слоями, что определяет также глубину прогрева. Сочетая мощность лучистого потока с поглощающей способностью облучаемого материала, мож-но в широких пределах регулировать процесс плавления материала.
Источник ИК – излучения – самый важный элемент сварочных установок и уст-ройств, предназначенных для свариваемых деталей и термопластов. В зависимости от свариваемых деталей излучатель помимо большой интенсивности должен либо обеспечи-вать получение без специальных оптических устройств, узкого вытянутого луча, либо, на-оборот, облучать значительную площадь.
Источник ИК – излучения, применяется для сварки пластмасс, должен иметь регули-руемую в широком диапазоне мощность лучистой энергии. Распределение энергии от ис-точника излучения должно быть равномерным, и рабочая поверхность излучения не должна искривляться в процессе нагрева, потому что искривление приводит к неравно-мерности поля излучения.
Из применяемых на практике источников ИК – излучения наиболее приемлемы для сварки термопластов – силитовые стержни и нагреватели из хромистой стали. Эффектив-но могут быть использованы также кварцевые лампы стержневого типа.
Сварка лучом лазера.
При сварке термопластов лучом лазера нагрев соединяемых поверхностей достигает-ся в результате превращение лучевой энергии лазера в тепловую в месте фокусировки лу-ча. Особенностью лазерного излучения состоит в его способности создавать в фокусе мощность значительной плотности. Для этого когерентный луч при помощи специальных линз собирается в узкий пучок, достигающий десятых долей миллиметра.
Непрерывно действующий СО2-лазер мощностью 1 кВт позволяет в фокальном пятне диаметром 0.1мм получить плотность тепловой мощности 3 мВт/см2. Применение лазеров для сварки различных материалов стало возможным в настоящие время в связи с появле-нием относительно дешевых молекулярных газовых лазеров, в частности, работающих на СО и СО2. Лазерная сварка оказалась эффективной при соединении тонких полимерных пленок. При этом получены очень высокие скорости.
Характер излучения лазерной установки должен соответствовать поглощающим свойствам материала.
Для сварки полимерных материалов могут быть использованы не только лазерные сварки лазеры, генерирующие лучи с длинной волны 10.6мин, но и лазеры на твердых кристаллах.
Ядерная сварка
Новый способ сварки пластических масс с помощью нейтронного облучения соединяемых материалов в месте стыка получил название ядерной сварки. Сущность этого способа состоит в облучении пластмасс направленным локализованным потоком нейтронов.
На поверхность деталей предварительно наносят тонкий слой соединений лития или бора. При облучении слоя нейтронами начинаются ядерные реакции, сопровождающиеся интенсивным выделением энергии. За счёт этой энергии пластические массы нагреваются до вязкотекучего состояния и свариваются между собой.
Ядерная сварка не получила пока практического применения. Однако этот способ перспективен для материалов с низкой пластичностью при повышенной температуре ( например, для фтооропласта- 4 ), а также для материлов, различных по своей природе ( керамика, кварц, алюминий с фторопласта-4 ).
Ядерная сварка неприменима в том случае, когда материал под действием нейтронного облучения становится радиоактивным
Комментариев нет:
Отправить комментарий