Обработка пластиков
Сварка горячим воздухом
Сварка горячим воздухом применяется к изделиям из термопластов, толщина которых в большинстве случаев составляет 1-1 0мм.
Фактически, сварка горячим воздухом — это две различные технологии:
- - Сварка с применением присадочного материала (т.н. прутковая сварка). Основное назначение — сварка пластмассовых конструкций, резервуаров и трубопроводов. Следует учитывать, что эта технология обеспечивает фактор сварки (т.е. отношение прочности зоны шва к прочности исходных изделий) не выше 0,6. В связи с этим напорные трубопроводы газоснабжения и водоснабжения горячим воздухом не сваривают.
- - Сварка пленок внахлест, без применения присадочного материала. Применяется для тентовых тканей, геомембран и т.п. Очень надежный, наиболее технологичный и распространенный способ соединения подобных изделий.
Сварка с применением присадочного материала
Присадочный материал.
Присадочный материал (сварочный пруток) должен иметь тот же химический состав и тот же показатель текучести расплава, что и материал свариваемых изделий (см. "Общие положения и требования при сварке изделий из термопластов"). Исключение — PMMA (оргстекло) и PVC-U (винипласт), которые отлично свариваются между собой.
Наиболее часто применяемая форма сварочного прутка — круглая диаметром 3мм или 4мм. В отдельных случаях применяется пруток овальной, треугольной, прямоугольной формы или даже в виде лент. Здесь для упрощения описания речь идет о круглом прутке.
Принцип сварки и устройство оборудования.
Принцип сварки заключается в том, что поверхности свариваемых изделий и сварочного прутка нагреваются горячим воздухом, пруток с усилием прижимается к поверхностям свариваемых изделий для дальнейшего остывания и образования монолитной детали.
Воздух нагревается т.н. аппаратом горячего воздуха и через установленное на аппарате сопло попадает в зону сварки. Горячий воздух не должен содержать пыли, масляных паров или влаги.
В соответствии с DVS 2208-2, аппарат горячего воздуха должен быть оборудован регулятором мощности нагрева, т.е. должен позволять отрегулировать температуру горячего воздуха без изменения потока воздуха.
Для ручной прутковой сварки применяют аппараты сравнительно небольшой мощности — до 1 600 Вт.
Автоматические машины прутковой сварки применяют, как правило, для сварки напольных покрытий большой площади. Поскольку для этих целей часто используется мягкий пруток (для линолеума), в автоматических машинах используется сопло для мягкого прутка с последующим прижимом прутка профилированным роликом.
Сварка круглым соплом.
Самое простое сварочное сопло — круглое (рис.1). Такое сопло состоит, собственно, из изогнутой трубки круглого сечения и применяется для сварки прутком диаметром до 4мм.
Для начала сварки пруток удерживается возле начала сварочной канавки и нагревается одновременно с поверхностями канавки. Далее пруток постепенно вдавливается в канавку в направлении прокладки шва. Сварочный пруток следует удерживать вертикально к шву и прилагать усилие, направленное вдоль прутка. Сварочное сопло при этом следует мягкими колебательными движениями продвигать в направлении шва, равномерно прогревая нижнюю часть изгиба прутка и поверхности свариваемых изделий. При этом прямо перед изгибом прутка формируется волна пластифицированного материала, который при вдавливании прутка частично выдавливается наружу и формирует т.н. грат по обе стороны сварочного прутка.
Сварка соплом быстрой сварки.
Более удобно выполнять сварку т.н. соплом быстрой сварки, которое имеет специальную направляющую сварочного прутка. Пруток подается в эту направляющую, нагревается горячим воздухом в нижней ее части и вдавливается в сварочную канавку носиком сопла, который имеет сечение желобка. Как правило, сварочный пруток сам затягивается в направляющую по мере продвижения сопла в направлении прокладки шва. В некоторых случаях имеет смысл слегка вталкивать пруток в направляющую рукой, чтобы избежать растягивания нагретого прутка под действием трения о стенки направляющей.
Сопло быстрой сварки обеспечивает скорость прокладки шва в 3-4 раза выше, чем при сварке круглым соплом. Кроме того, усилие прижима прутка к свариваемым поверхностям здесь легче контролируется. Поэтому, где это возможно, сварка соплом быстрой сварки предпочтительнее, чем простым круглым соплом. Однако в некоторых труднодоступных местах сопло быстрой сварки может оказаться неприменимым.
Сечение направляющей прутка, а также носика сопла быстрой сварки должны соответствовать сечению сварочного прутка.
Сварка мягким прутком.
Если сварка производится мягким прутком (например, PVC-P или PE-LD), то использование сопла быстрой сварки для увеличения скорости и качества сварки создает значительное для мягкого прутка трение, которое ведет к растяжению прутка и деформации шва.
При сварке круглым соплом невозможно создать усилие прижима мягкого прутка к свариваемым поверхностям. Поэтому сварка мягким прутком возможна только с использованием профилированного прижимного ролика.
Для ускорения процесса сварки мягким прутком используется специальное сопло многоточечного нагрева. Для ручной сварки обычно используется тройное сопло. Поскольку использование направляющей для мягкого прутка нежелательно, такую сварку лучше производить вдвоем.
Подготовка к сварке.
Свариваемые поверхности и зоны наплыва грата следует механически очистить (т.е. с помощью скребка) перед сваркой. Механическая очистка сварочного прутка также рекомендуется, а в случае прутка из ПП — необходима. Любые повреждения поверхностей, вызванные действием погоды (солнца) или химических веществ, должны быть механически удалены.
Формирование шва.
Первый проход шва рекомендуется выполнять прутком Ø3мм, за исключением сварки деталей толщиной 2мм.
Последующие проходы можно выполнять прутком большего диаметра. Перед очередным проходом необходимо очистить поверхность предыдущего прохода подходящим скребком.
Финишная обработка шва.
Обычно никакой финишной обработки сварного шва не требуется.
Если финишная обработка производится, необходимо следить, чтобы толщина исходных изделий не была уменьшена.
Для снятия внутренних напряжений и во избежание растрескивания под действием нагрузок, готовые швы на изделиях из жестких пластиков (PMMA, PVC-C) имеет смысл "отпустить" — равномерно прогреть с последующим медленным остыванием.
Сварка пленок внахлест
Принцип сварки и устройство оборудования.
Два листа пленки укладываются внахлест. Свариваемые поверхности (т.е. нижняя поверхность верхнего листа и верхняя поверхность нижнего листа) нагреваются горячим воздухом до пластифицированного состояния. Горячий воздух поступает в пространство между листами через сопло, установленное на аппарат горячего воздуха, который равномерно перемещается в направлении прокладки шва. Сразу после нагрева листы прижимаются друг к другу прижимным роликом, следующим за аппаратом горячего воздуха. Присадочный материал не используется.
Принципиальное требование к аппарату горячего воздуха — температура нагрева должна регулироваться независимо от потока воздуха. Сопла, применяемые для сварки пленок внахлест — т.н. щелевое сопло или перфорированное щелевое сопло. Следует сразу разделить оборудование на 2 категории по степени автоматизации.
Автоматические машины.
Автоматические машины применяются для выполнения больших объемов работ. Они обеспечивают более высокую скорость сварки, а также уменьшают зависимость качества сварки от человеческого фактора.
Для использования в цеховых условиях автоматические машины оборудуют двумя прижимными роликами.
Расстояние между роликами должно регулироваться в зависимости от толщины пленки.
Полевые автоматические машины оборудованы одним прижимным роликом. Ответное усилие прижима обеспечивается нижним листом пленки. Автоматические машины могут сваривать как одинарный (без контрольного канала), так и двойной (с контрольным каналом) шов. Температура воздуха, прижимное усилие ролика (или роликов), а также скорость сварки настраиваются в автоматических машинах независимо и поддерживаются электронными регуляторами.
Расстояние между роликами должно регулироваться в зависимости от толщины пленки.