Аппарат для сварки фторопласта

Сварка фторопластов

Для сварки фторопластов, в зависимости от вида, применимы далеко не все существующие методы. В целом можно сказать, что применимость того или иного метода сварки для того или иного вида фторопласта зависит от реологии материала. Высокая реология, в частности вязкость расплава, затрудняет сварку и уменьшает количество применимых технологий. Наибольшую сложность представляет сварка PTFE (политетрфторэтилен, тефлон, фторопласт Ф4), самым простым является процесс сварки PVDF. Применимость тех или иных методов для различных видов фторопластов приводится в таблице:

Фторопласт	Способ сварки
Фторопласт	Горячим воздухом	Ультразвуковой	Нагревательным элементом	Вибрационный
PTFE	При определенных условиях	Нет	При определенных условиях	Нет
FEP	Да	При определенных условиях	Да	При определенных условиях
PFA	Да	При определенных условиях	Да	При определенных условиях
ETFE	Да	При определенных условиях	Да	При определенных условиях
ECTFE	Да	При определенных условиях	Да	При определенных условиях
PVDF	Да	При определенных условиях	Да	При определенных условиях

Ниже приводятся практические рекомендации по сварке некоторых видов фторопластов.

Сварка FEP

Сварка FEP выполняется, в основном, горячим воздухом, с использованием сварочного прутка диаметром от 2.4 до 4.8 мм. Подача горячего воздуха осуществляется строительным электрическим феном, температура подаваемого воздуха должна быть на уровне 425°С на расстоянии 0.5 см от сопла, давление – на уровне 140 кПа. Сварочный пруток и поверхность свариваемого материала в пределах 2-3 см от сварного шва должны быть очищены и обезжирены растворителем непосредственно перед сваркой. Кромки свариваемых листов должны быть скошены под соответствующим углом. В процессе кромки листов должны быть выровнены друг относительно и надежно закреплены.

Для начала сварки, воздухом при температуре 345°С разогреваются кромки свариваемых поверхностей и конец сварного прутка до т.н. «липкого» состояния. Конец сварной насадки должен удерживаться на расстоянии приблизительно 6 мм от пересечения сварного соединения и сварочного прутка. Конец прутка обрезается под углом 45°, сам пруток удерживается под углом 90° к сварному соединению и осторожно двигается вверх-вниз, пока не схватывается со свариваемым материалом. Непрерывность обеспечивается равномерным движением факела горячего воздуха между прутком и свариваемым материалом, данный прием известен под названием «техника маятника». Затем пруток наклоняется под углом 45° к свариваемой поверхности с приложением постоянного прижимного усилия величиной 1 – 2 кг. Необходимо избегать чрезмерного размягчения и растягивания сварного прутка. Рекомендуемая скорость сварки – 1 – 5 см/мин. Параметры процесса могут быть специально настроены с учетом квалификации сварщика.

Детали из FEP могут также свариваться между собой посредством технологии вращения, при которой один из свариваемых элементов вращается и трется относительно другого с большой скоростью. Образующаяся в процессе вращения тепловая энергия приводит к расплавления материала на трущихся поверхностях и образованию сварного соединения. Рекомендуемая скорость вращения при этом около 300 об./мин. При этом сварное соединение имеет очень хорошие характеристики, так в ряде случаев его прочность на растяжение оказывалась на 60% выше, чем прочность на растяжение материала основы.

Сварка PVDF

Сварка поливинилиденфторида (PVDF, ПВДФ) может выполняться всеми существующими стандартными способами для фторопластов.

Изделия из неармированного ПВДФ могут свариваться горячим воздухом (феном) посредством сварного прутка, муфтовой или раструбной сваркой, ультразвуком, вибрацией, высокой частотой или соединяться при помощи специальных клеевых составов.

Перед сваркой посредством сварного прутка кромки свариваемых листов должны быть скошены под соответствующим углом, выровнены друг относительно и надежно закреплены. В процессе поверхность соединяемых элементов должна разогреваться, в то время как конец сварочного прутка расплавляется воздухом, выходящим из сварной насадки, направление которого постоянно меняется от поверхности свариваемых элементов к прутку и обратно. Температура подаваемого воздуха должна быть на уровне 350°С на расстоянии 0.5 см от сопла, расход воздуха – на уровне 50 л/мин. Размягченный сварочный пруток укладывается в канавку, образованную скошенными краями листов. Признаком размягчения является изменение его внешнего вида, а именно переход от полупрозрачного к прозрачному состоянию. К прутку прикладывается постоянное вертикальное давление с величиной 20-40 кПа.

Сварка выполняется последовательной укладкой сварного прутка, с тем, чтобы полностью заполнить канавку между кромками листов. Для уменьшения внутренних напряжений, возникающих в процессе остывания, рекомендуется укладывать пруток последовательно вдоль одной и другой стенок канавки, до ее полного заполнения.

При сварке экструдером кромка соединяемых листов также скашивается, и образующаяся канавка разогревается горячим воздухом до 250-260°С. Расплавленная масса материала, выходящая из фильеры экструдера с максимальной длиной 20 см запрессовывается в канавку между соединяемыми листами посредством стального или тефлонового башмака на выходе из экструдера.

Фактор сварки, который показывает соотношение прочности сварного шва и исходного материала вне зоны сварки, измеренный в ходе тестов на прочность растяжения материала, для сварки горячим воздухом составляет 0.7-0.8, а для сварки ручным экструдером – 0.8-0.9.

При стыковой сварке поверхности свариваемых элементов предварительно разогреваются при помощи нагревательного элемента до 250-270°С, поверхность которого тефлонируется для предотвращения налипания разогреваемого материала. Затем соединяемые элементы прижимаются к нагревательному элементу под давлением 50-60 кПа, на время, необходимое для разогрева материала на глубину 4-5 мм. Затем нагревательный элемент убирается, и соединяемые элементы прижимаются друг к другу с давлением 0.06-0.08 бар. Фактор сварки для данного метода составляет от 0.9 до 1.0.

Источник

Аппараты для сварки пластика и полимеров

Сварка пластика и других полимерных материалов — один из методов создания неразъемного соединения элементов конструкции, в результате чего между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела, превращаясь в размытый переходный слой. Предварительно нагретые струей разогретого газа соединяемые поверхности пластика приводят в контакт с нагретым присадочным материалом или друг с другом.

Способы сварки полимеров и пластмасс:

1) Сварка пластика нагретым инструментом. В результате контакта с металлическими брусками, лентами, дисками, пластинками или с др. инструментом соединяемые детали нагреваются, затем спрессовываются и охлаждаются. Инструментом может быть нагрета как внешняя поверхность деталей, так и сами соединяемые поверхности. В первом случае различают контактно-тепловую сварку прессованием (детали нагревают и спрессовывают одновременно) и термоимпульсную сварку. Контактно-тепловую сварку используют в мелкосерийном производстве, при ремонтных работах, а также при сварке фторопласта-4 (в промышленных условиях этот полимер сваривают только таким методом). Термоимпульсная сварка применяется для соединения пленок, обычно полиолефиновых, толщиной 20—250 мкм. Сварку можно проводить внахлестку или в торец; нахлесточные швы имеют более высокую прочность при растяжении.

2) Диффузионная сварка полимеров. Основные параметры диффузионной тепловой сварки — температура нагрева материала, продолжительность и давление контакта. Необходимо добиться молекулярного контакта по всей поверхности соединения, тогда можно считать сварку завершенной. При сварке деталей из аморфно-кристаллических полимеров с низкой молярной массой или при использовании присадочного материала сварное соединение образуется при низких давлениях практически мгновенно после разогрева шва до температуры сварки.

3) Сварка пластика нагретым присадочным материалом. Присадочный материал поступает из нагревательного устройства в зону соединения, где сплавляется с контактирующими с ним поверхностями, отдавая при этом им часть тепла. Для получения нахлесточного или прямолинейного стыкового шва на изделиях большой протяженности обычно используют экструдируемый присадочный материал. При получении коротких стыковых швов с У-образной разделкой кромок (например, при футеровке резервуаров), применяют портативное переносное оборудование типа экструзионного пистолета или так называемого экструдера. Предварительный подогрев соединяемых поверхностей способствует ускорению сварки и повышению качества швов.

4) Высокочастотная сварка пластика. Способ основан на диэлектрическом нагреве приведенных в контакт свариваемых материалов. Сварка возможна с применением присадочного материала и без него. Достоинства способа связаны с особенностями диэлектрического нагрева: высокой скоростью, равномерностью, возможностью избирательного подвода тепла.

5) Ультразвуковая сварка полимерных материалов. Способ сварки основан на нагреве соединяемых поверхностей в результате превращения энергии механических ультразвуковых колебаний с частотой 15—50 кгц в тепловую. При ультразвуковой сварке детали можно сваривать в отдельных точках (точечная сварка), одновременно по всему контуру шва (контурная сварка), а также при шаговом или непрерывном перемещении материала или инструмента.

6) Сварка трением. Детали нагреваются в результате выделения теплоты от трения. По способу создания трения различают сварку вращением, инерционную сварку и сварку вибротрением.

Сваркой вращением соединяют стержни и трубы, а также присоединяют цилиндрические детали к плоским и фасонным.Основным достоинством этого способа является высокая скорость образования шва. Прочность соединений близка к прочности свариваемого материала. Установки для сварки вращением изготовляют на базе токарных или сверлильных станков.

Инерционная сварка происходит при вращении деталей за счет энергии, запасаемой вращающимся маховиком (его масса составляет 1—2 кг на 1 см2 свариваемой поверхности).

Сварка вибротрением осуществляется в результате прямо- или криволинейных колебаний одной летали относительно другой при их плотном контакте. Продолжительность сварки, не зависящая от толщины детали, — несколько секунд.

7) Сварка пластика с применением ИК-излучения. Этот способ сварки основан на нагреве соединяемых поверхностей в результате передачи полимерному материалу энергии от источника ифракрансых лучей.

8) Лазерная сварка пластика. Луч лазера, сфокусированный в пятно диаметром около 1 мм, направляется перпендикулярно свариваемому пакету. Для сварки пригодны СО2-лазеры, создающие практически непрерывное излучение, которое хорошо поглощается полимерами, и обеспечивающие непрерывный процесс сварки. Лазерная сварка особенно пригодна для пленок толщиной 12—500 мкм.

9) Сварка пластика и полимеров с помощью растворителей. Применим в случаях, когда тепловая сварка может нарушить форму и изменить размеры деталей, а также в мелкосерийном производстве и при необходимости соединения прозрачных термопластов (полиакрилатов, поликарбоната, полистирола), сварные швы которых должны иметь не только достаточно высокую прочность, но и хороший внешний вид.

10) Химическая сварка пластика. Тепло, необходимое для химической сварки, наиболее целесообразно генерировать высокочастотным полем или ультразвуком. Высокая скорость и локальность нагрева исключают возникновения в материале нежелательных побочных процессов (напр., деструкция). В принципе технология сварки не отличается от технологии высокочастотной или ультразвуковой диффузионной сварки. Выбор условий сварки определяется химической природой полимера.

Источник

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

При термоконтактной сварке фторопластовых пленок применяют инерционные нагреватели, позволяющие осуществлять сварку непрерывными протяженными швами с двусторонним контактным нагревом. Устройства с малоинерционными нагревателями используют для получения прямолинейных и криволинейных сварных швов при шаговом перемещении материала.

При термоконтактной сварке пленочного фторопласта-4 необходим двусторонний нагрев зоны соединения с шаговым или непрерывным перемещением материала. При получении нахле — сточных и Т-образных сварных соединений температура свариваемых поверхностей должна составлять 380-390°С, продолжительность нахождения материала в сжатом состоянии при температуре сварки (изотермическая выдержка) — 2-3 мин, сварочное давление — 0,3-0,4 МПа, скорость охлаждения (до 250°С) под давлением-8-9°С/с. При сварке с промежуточной прокладкой из фторопласта-50 или -4МБ температура свариваемых поверхностей может быть снижена до 360°С, продолжительность выдержки-до 1 мин. Ширина нахлестки должна превышать ширину нагревателя на 2-3 мм с каждой стороны. Пленки
фтроп ласта-4, предназначенные для изготовления сварных конструкций, необходимо предварительно проверять на склонное п> к трещинообразованию путем сварки контрольных образ — ион. Пленки, проявляющие склонность к трещинообразованию, применять для изготовления сварных конструкций не рекомендуется.

Особое внимание следует уделять сварке пересекающихся швов. Места пересечения швов предпочтительно сваривать прессовым способом. При сварке соединений, предназначенных для работы при повышенных температурах, при переходе от двойной к тройной толщине рекомендуется применять промежу — I очные прокладки из фторопласта-50. В табл. 3.4 приведены данные о прочности сварных соединений Ф-4, выполненных 1срмоконтактной сваркой [6].

Пленки плавких нерастворимых фторопластов (Ф-4МБ, Ф-100, Ф-10, Ф-50, Ф-40, Ф-ЗМ) свариваются в широком интервале температур: нижний предел ограничивается температурой плавления материала, верхний — температурой разложения. Хорошая свариваемость обеспечивается только при определенных жачениях ПТР полимера. Так, для изготовления сварных конструкций из фторопласта-4МБ следует применять полимер с ПТР = 1-4 г/10 мин при 300°С, из фторопласта-10-с ПТР = 0,5-8 г/10 мин при 260°С. После термообработки при 1смпературах, близких к температурам текучести полимеровГ, их свариваемость ухудшается. При сварке наблюдается усадка на 0.1-1%.

Для сварки плавких нерастворимых фторопластов может быть рекомендована термоконтактная сварка с двусторонним и односторонним нагревом зоны соединения малоинерционными нагревателями с шаговым перемещением пленок или инструмента. Для пленок Ф-3, Ф-ЗМ и некоторых марок Ф-10 возможна высокочастотная сварка. Между электродами (нагревателями)

Таблица 3.4. Прочность сварных соединений фторопласта-4

Температура Прочность, % от прочности свариваемого материала

Т-образное нахлесточное соединение с шириной нахлестки, мм

Нахлесточные нахлесточные Т-образные швы

Швы с зава — швы

И свариваемым материалом необходимо помещать неориентированную пленку фторопласта-4 толщиной 100-200 мкм.

При сварке нахлесточными швами кромки могут быть как свободными, так и заваренными. В первом случае. ширина нахлестки должна не менее чем на 2-3 мм превышать ширину нагревательной ленты, во втором — ширина нахлестки должна составлять 3-4 мм при ширине ленты 12-16 мм. Температурные интервалы сварки при двустороннем нагреве приведены в табл. 3.5 [21].

Для пленок с минимальным значением ПТР температура должна быть близка к верхнему пределу, с максимальным — к нижнему. При увеличении толщины пленки интервал температур должен смещаться на 15-20°С (на каждые 100 мкм) в сторону повышения, при уменьшении толщины-в сторону снижения.

Продолжительность сварки пленок Ф-4МБ, Ф-100, Ф-3, Ф-40-40 с, всех остальных марок-30 с. Сварочное давление для всех пленок нерастворимых фторопластов 0,3-0,4 МПа.

Температура нагревателей (электродов) перед каждым циклом должна быть снижена до 20-30°С. Охлаждение сварного шва производят под давлением со скоростью 8-9°С/с до температуры

Таблица 3.6. Прочность различных типов сварных соединений фторопластовых пленок

Прочности основного материала

Нахлесточное с заваренными кромками

Т-образное с внешними на-

ИХ) 150°С. Данные о прочности сварных соединений, выполненных с соблюдением указанных рекомендаций, приведены в шбл. 3.6.

При гермоконтактной сварке рассматриваемых пленок с односторонним нагревом зоны сварки малоинерционными нагре — ни1 елями температура сварки для нахлесточных сварных соединений с заваренными кромками и Т-образных соединений на М> 60, а для обычных нахлесточных-на 20-30°С выше, чем при двустороннем нагреве. Продолжительность сварки пленок Ф-4МБ, Ф-100, Ф-3-60с, всех остальных-45 с, температура ши рсвателя и подложки перед каждым циклом сварки должна Г»|.ш. снижена для Ф-4МБ до 100-150°С, для всех остальных чарок до 20-30°С.

Режимы сварки ТВЧ (27 МГц, числитель) и СВЧ (2375 МГц, шаменатель) пленок Ф-10, Ф-3, Ф-30 толщиной 200-300 мкм при нелепы ниже:

Напряженность поля, кВ/см 4,5/75-85

Удельная мощность, Вт/см2 70-80/75-85

Продолжительность сварки, с 3-5/1,5-2

(‘»арочное давление, МПа 0,2-0,4/0,2-0,4

( парку пленок плавких растворимых фторопластов (Ф-2М, Ф-26, Ф-32Л, Ф-43, Ф-4НА) рекомендуется проводить гермо — кон 1 актным способом с одно — и двусторонним нагревом мало — инерционными нагревателями с шаговым перемещением материала. Возможно также применение высокочастотной сварки и СВЧ сварки.

Перед сваркой пленки Ф-26, Ф-42, Ф-4НА рекомендуется промазывать 9-11%-м раствором ацетона и этилацетата в соотношении 1:1. Раствор наносят кистью непосредственно перед сваркой на поверхность пленок, уложенных на электрод. Пленки Ф-2М и Ф-32Л сваривают без специальной обработки поверхностей.

Режимы сварки пленок Ф-2М, Ф-26, Ф-32Л, Ф-42 и Ф-4НА I олщиной 100 мкм термоконтактным способом с двусторонним нагревом и прочностные показатели сварных соединений приведены в табл. 3.7.

Температура сварки экструзионных пленок должна быть на 10 20°С ниже, чем при сварке пленок, полученных из растворов. Увеличение или уменьшение толщины свариваемых пленок на каждые 100 мм требует повышения или снижения температуры сварки на 10-20°С. Температура нагревателей перед каждым циклом сварки должна быть снижена до 20°С.

Режимы сварки ТВЧ и СВЧ пленок Ф-2М, Ф-26, Ф-32, Ф-42 и Ф-4НА толщиной 200 мкм приведены в табл. 3.8.

Сварные соединения, полученные при соблюдении описанных выше режимов, сохраняют герметичность при давлениях, близких к разрушению, по морозостойкости уступают свариваемым

Прочность сварных соединений, % от прочности основного материала

Сварка с промазкой

Материалам на 5-10% и сохраняют указанные значения относительной прочности в интервале рабочих температур.

Пленки Ф-26 и Ф-4НА склонны к образованию трещин при сварке при отклонении от режима сварки, главным образом при повышении сварочного давления. Прочность сварных соединений пленок Ф-26, полученных методом полива, зависит от типа подложки, на которую отливали пленки. Прочность сварных

Таблица 3.8. Режимы сварки ТВЧ и СВЧ фторопластовых пленок. р

Марка Условия Режнм сварки Прочность сварных

От прочности основного ‘ — Г — «Материала

Напряже — удельная продол — давление. Т-образ — нахлесточ-

Ние, кВ мощность, житель — МПа ные ные

> » — 55-60 ф-4на 38 » 60 ’65’ » title=»ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ» align=»left» width=»408″ height=»2116″/>ТВЧ, частота 27 МГц

Соединений пленок, отлитых на никелевую подложку, несколько ниже, а интервал рабочих режимов уже, чем для пленок, отлитых ни медную подложку.

Сварка разнородных фторопластовых пленок возможна лишь и юм случае, если в составе обоих полимеров (сополимеров) нмсс1ся достаточное количество идентичных звеньев: не менее К(>% для полностью фторированных и не менее 50% для не полностью фторированных полимеров. Температура сварки мленок разнородных фторопластов находится между температурами плавления обоих полимеров и близка к температуре плавления более высокоплавкого.

Сварку комбинированных полиимидофторопластовых пленок и комбинированных пленок на основе Ф-10 и Ф-4МБ с получением нахлесточных соединений осуществляют термоконтактным способом с двусторонним или односторонним нагревом зоны соединения. Температура сварки составляет 280-320°С при юлщине покрытия Ф-4МБ 5-20 мкм и 320-340°С при толщине покрытия 30 мкм, сварочное давление 0,35 МПа, продолжительность сварки 30 с.

При сварке фторопластовых пленок термоультразвуковым способом свариваемые пленки протягивают в зазоре между разогретыми до температуры сварки ультразвуковым инструментом и его роликовой опорой. Данные о влиянии различных параметров режима сварки на прочность сварных соединений приведены на рис. 3.1. Видно, что эффективность применения ультразвуковых колебаний с амплитудой в пределах 5-10 мкм, начиная с толщины пленки 150 мкм, заметно снижается. Это объясняется значительным поглощением колебаний в толщине свариваемого материала, в результате которого большая часть ультразвуковой энергии не достигает поверхности контакта соединяемых пленок. Увеличение амплитуды не приводит к

5 ю 15 20 Ь С0, с

I_____________ I___________________ I_________________ J

II І I_ !_ I I I_ 1_ ті

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Ц 7 Рсв, МПа

Рис. 3.1. Влияние технологических параметров сварки на разрывную прочность

Соединения 10 мкм, необходимой при сварке относительно толстых пленок (>160 мкм), продолжительность изотермической выдержки и допустимое время ультразвуковой обработки не совпадают. Для устранения этого применяют импульсное введение ультразвуковых колебаний в период изотермической выдержки. При этом интенсивность ультразвука может быть существенно повышена. Зависимости прочности сварного соединения от амплитуды и продолжительности импульса ультразвуковой обработки приведены на рис. 3.2. Анализ приведенных данных показывает, что наиболее эффективны ультразвуковые колебания средней мощности с амплитудой 15-30 мкм при значительном ограничении продолжительности импульса и увеличении пауз между включением. Так, при толщине материала 0,5-1,0 мм оптимальная продолжительность импульсов ультразвуковых колебаний с амплитудой 15-20 мкм лежит в пределах 4-5 с, продолжительность пауз 2-3 с. При толщинах 200- 500 мкм эффективно применение импульсных генераторов с частотой следования импульсов от 10 до 100 в секунду.

Необходимость увеличения частоты следования импульсов при уменьшении толщины свариваемого материала обусловлена и повышением скорости перемещения материала относительно инструмента, в результате чего при малой частоте наблюдается неравномерное облучение сварного шва по длине, что снижает качество соединения. При сварке пленочного фторопласта-4 толщиной ^ 150 мкм возможно применение как импульсного включения ультразвука, так и непрерывного с малой амплитудой колебаний (5—10 мкм).

Другим важным параметром термоультразвуковой сварки является сварочное давление, направление действия которого совпадает с направлением распространения ультразвуковых колебаний-от инструмента к опоре. Давление играет двоякую роль: во-первых, оно служит для создания контакта между соединяемыми поверхностями, во-вторых, способствует созда-

Рис. 3.2. Влияние продолжи-

Телъности ультразвукового импульса на прочность сварного соединения при А = 15-25 (1) и 25-30 мкм (2)

Мим» мусіического контакта между ультразвуковым инструменты и внешней поверхностью свариваемого материала. Экспери — игн 1«и. ж> установлено, что в условиях термоультразвуковой 1»й1>«м сварочное давление может быть снижено до 0,2 МПа.

Условии сварки пленок из фторопласта-4МБ в целом аналогичны описанным для фторопласта-4. Для пленок толщиной МІ мим параметры ультразвукового воздействия следующие:

Ами іиіуди УЖ, мкм Продолжительность Продолжительность

Импульса, с паузы, с

13. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЛИСТОВОГО ФТОРОПЛАСТА-4

Наиболее предпочтительным способом сварки листового фторо — м »йсп1-4 ивляется термоконтактный нагрев. Листы толщиной > мм можно соединять внахлест, толщиной 3-10 мм-встык 1 малым углом скоса кромок, толщиной 10 20 мм-со скосом «ромок на угол 45-60° или встык без скоса.

При сварке листов толщиной 10-20 мм вначале необходимо

1 помощью нагревателей, расположенных между соединяемыми поверхностями, нагреть эти поверхности до температуры сварки, ни см привести их в тесный контакт и выдержать шов между нй! репа гелями в течение определенного времени.

Листы фторопласта-4 толщиной 2-10 мм можно сваривать за один цикл путем наложения нагревателей по всей длине шва или нуюм шагового перемещения нагревателей по материалу. Длина одновременно свариваемых участков определяется длиной нагрева гелей и прижимов и не зависит от толщины и ширины шва. И случае шаговой подачи нагревателей участки повторной сварки (перекрывание швов) должны иметь протяженность не менее 20 мм.

Рекомендуемые схемы создания сварочного давления и закрепления материала на различных этапах технологического процесса при сварке фторопласта-4 толщиной 3-10 мм встык со скосом кромок с подачей давления на шов приведены в табл. 3.9, без подачи давления на шов-в табл. ЗЛО, при сварке фторо- иласта-4 толщиной 10-20 мм-табл. 3.11. При сварке нахлесточ — ных соединений следует применять те же схемы, что и при сварке стыковых соединений со скосом кромок, однако прижимные устройства в этом случае должны закреплять материал не по длине шва, а с его торцов.

Сварки при 390°С 10 мин

Охлаждение от 390 до 350°С

Охлаждение от 350°С Область применения

До комнатной температуры

Сварка швов ограниченной протяженности, равной длине нагревателя

Т_Г

Сварка швов ограниченной протяженности, равной длине нагревателя, а также сварка протяженных швов с шаговым перемещением нагревателя

Примечание, /-прижимное устройство; 2-фторопласт-4; 3 — нагреватели; РСЛ-сварочное давление; волновод; 3-кольцевая резонирующая пластина; 4-нагреватели

волновод; 3-кольцевая резонирующая пластина; 4-нагреватели » title=»ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ» align=»left» width=»849″ height=»84″/> І 1

Охлаждают под давлением до температур кристаллизации полимера.

Касательный ввод ультразвуковых колебаний в зону сварного соединения допускает применение амплитуд достаточной мощности и в непрерывном режиме. Основными технологическими параметрами при этом являются: температура нагревательных элементов Гн, сварочное давление Рсв, амплитуда ультразвуковых колебаний А, время ультразвуковой обработки гуз, продолжительность изотермической выдержки? изв, скорость охлажде- ния Уохл.

В условиях ввода в материал ультразвуковых колебаний, направленных нормально к свариваемым поверхностям, разогрев свариваемого материала происходит одновременно за счет конвективной передачи тепла от нагретого инструмента и его опоры и в результате поглощения материалом ультразвуковых колебаний. При этом существование температурного градиента приводит к перераспределению и изменению поглощения колебаний, концентрируя их в перемещающемся слое с температурой, близкой к температуре а-перехода полимера. Суммарная величина вводимой в зону сварки энергии не должна превышать энергию активации термического разложения полимера соответствующего объема. Экспериментально установлено [32], что тепловое и ультразвуковое воздействие в пределах продолжительности сварки не приводит к заметной деструкции при температуре нагретого инструмента и его опоры 380-390°С, сварочном давлении 0,4-0,8 МПа и амплитуде ультразвуковых колебаний 5-10 мкм. Более точные значения этих параметров, а также продолжительности изотермической выдержки и ультразвукового воздействия устанавливают экспериментально для конкретных типов изделий.

Такие параметры, как температура нагревателей, определяемая теплофизическими свойствами фторопласта-4, а также частота колебаний, определяемая конструктивными параметрами оборудования, не зависят от конструкции сварного соединения и толщины свариваемого материала. Сварочное давление определяется пластическими свойствами фторопласта-4 и устанавливается экспериментально.

Наиболее существенное влияние на процесс сварки оказывает ее продолжительность, складывающаяся из продолжительностей трех этапов:

Где (и — время нагрева соединяемых поверхностей до температуры сварки; Гв

время изотермической выдержки; (охл-время охлаждения до температуры кристаллизации.

Ранее было показано, что вследствие низкой теплопроводности время разогрева контактирующих поверхностей весьма существенно влияет на общую продолжительность сварки. Кро

Ме того, интенсивность ультразвуковых колебаний в процессе разогрева может быть повышена по сравнению с изотермической выдержкой, что также обусловливает важность точного определения окончания первого периода сварки.

Обработка данных, полученных расчетным путем, позволила установить зависимости времени разогрева контактирующих поверхностей от толщины 5 свариваемых деталей. Для интервала толщин от 0,1 до 2 мм кривые времени разогрева центрального Слоя имеют вид параболы и могут быть описаны с помощью степенного многочлена:

?н = во 4- 6 4- я2§2

При обработке кривых времени разогрева зоны соединения термоультразвуковым и термоконтактным способом с помощью программы ЭВМ по принципу наименьших квадратов было установлено, что кривая времени нагрева удовлетворительно описывается квадратным трехчленом:

Для 5 = 0,1-2 мм получены следующие значения коэффициентов: а0 = 0,0785; ах — 0,5952; а2 = 3,6904; для 5 == 2-6 мм: а0 = —1,9496; ах = —1,9959; а2 = 2,2721.

Продолжительность изотермической выдержки может быть определена в зависимости от толщины 5 по эмпирическому выражению

Для определения продолжительности охлаждения можно воспользоваться выражением, полученным для термоконтактного нагрева зоны соединения.

Приведенные данные касаются технологической схемы с двусторонним нагревом и вводом ультразвуковых колебаний нормально к свариваемым поверхностям. В случае подвода ультразвуковых колебаний по касательной к соединяемым поверхностям количество энергии, проникающей внутрь материала, незначительно и на характер разогрева существенного влияния не оказывает. Поэтому амплитуда и продолжительность ультразвукового воздействия определяется главным образом работоспособностью рабочих элементов сварочной акустической системы. Амплитуда выбирается обычно в пределах 20-50 мкм. Продолжительность ультразвуковой обработки ограничивается временем нагрева полимера от температуры плавления кристаллической фазы (327°С) до температуры сварки (390°С).

Оптимальные значения амплитуды ультразвуковых колебаний и усилия прижима свариваемых поверхностей к ультраг звуковому инструменту находятся в тесной взаимосвязи, поскольку с увеличением усилия все большая часть ультразвуковой энергии попадает в поверхностные слои материала, подлежащие
соединению, т. е. при малых усилиях прижима необходимы повышенные амплитуды колебаний, и наоборот-при усилиях, приближающихся к пределу текучести полимера, амплитуда ультразвуковых колебаний должна быть ограничена. Таким образом, нижний предел усилия определяется коэффициентом передачи ультразвука от инструмента к поверхности свариваемого материала, а верхний — пределом текучести полимера при температурах сварки. Экспериментальные данные показывают, что давления, упруго воспринимаемые фторопластом-4 при температурах сварки, лежат в пределах 0,05-0,2 МПа. Однако при таких значениях усилия прижима коэффициент передачи колебаний от инструмента к поверхности весьма незначителен и эффективность такой сварки очень мала.

Для выбора оптимальных соединений между усилием прижима и амплитудой ультразвуковых колебаний были выполнены ‘ эксперименты на образцах листового фторопласта-4 с подготовкой кромок «в ус»; толщина свариваемых образцов составляла

4- 6 мм, длина и ширина-соответственно 80 и 100 мм. После сварки листы разрезали и испытывали при растяжении. Кривые зависимости прочности сварных образцов от продолжительности ультразвукового воздействия при различных соотношениях амплитуды колебаний и усилия прижима представлены на рис. 3.4. Из рисунка видно, что при прочих равных условиях наибольшее влияние на прочность сварного соединения оказывает усилие прижима ультразвукового инструмента. При этом влияние амплитуды колебаний монотонно возрастает до ее значения 30-40 мкм, а затем это влияние стабилизируется. Наибольший эффект от воздействия ультразвука наблюдается при значениях усилия прижима в пределах 0,8-0,9 МПа. Продолжительность ультразвукового воздействия, при которой происходит интенсивное увеличение прочности сварного соединения, ограничивается приблизительно 3-4 мин, т. е. временем, соизмеримым с време-

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Рсв, МПа

___ і_____ I_____ і______ і______ I >)

) » title=»ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ» align=»left» width=»430″ height=»372″/>6, °и

Рис. ЗА. Влияние продолжительности ультразвукового воздействия на прочность сварного соединения при касательном вводе ультразвуковых колебаний:

/ — сварочное давление Рсш; 2 продолжительность ультразвукового импульса *с>; і — амплитуда ультразвуковых колебаний А

Нем нагрева полимера до температуры сварки. Термографирова — ние зоны нагрева при действии нагревателей и касательном вводе ультразвуковых колебаний показывает, что при температуре нагревателей 380-390°С через 3-4 мин вблизи зоны контактирования наблюдается участок материала с температурами, превышающими температуру деструкции полимера. Поскольку введение ультразвуковых колебаний в материал, находящийся при температурах ниже температур его кристаллизации, неэффективно из-за чрезвычайно неравномерного тепловыделения, технологически целесообразным является использование ультразвука только на этапе разогрева свариваемых поверхностей от температуры а-перехода до температуры сварки, т„е. от 320 до 390°С.

Источник