При выборе тепловых способов сварки следует учитывать теплопроводность материала, интервал между температурами текучести и деструкции, интервал температур плавления, диэлектрические характеристики и др. Например, при сварке труб из жесткого поливинилхлорида в условиях строительной площадки рекомендуется сварка нагретым инструментом с подводом тепла к соединяемым поверхностям с помощью профилированного инструмента, увеличивающего поверхность сварки по сравнению с плоскими инструментами и обеспечивающего повышение прочности соединения при кратковременных испытаниях на растяжение примерно на 30 %. ,9то связано с тем, что у поливинилхлорида очень узкий интервал оптимальных температур сварки, соблюдение которых воз.можно лишь при условии выполнения сварки на автоматизированном оборудовании в стационарных условиях, а использование профилированного инструмента позволяет расширить этот интервал.

Сварка расплавом применяется для пластмасс, обладающих относительно низкой температурой размягчения и способн1)1Х выдерживать значительный перегрев без заметной деструкции. Сварка трением рекомендуется для термопластов, вязкость которых выше температуры плавления .меняется плавно (полиолефины, жесткий поливинилхлорид). Высокочастотная сварка неприемлема для полиэтилена, полипропилена и др\Г11Х неролярпых пласт\асс.

H.s конструктивных фак-оров при выборе способа соединения должны учитываться толщина соединяемых изделий, ширина и длина шва. возможность доступа к соединению г. двух сторон.

К технологическим факторам относятся: объем подготовительных работ; необходимость применения индивидуальной оснастки; возможность механизации процессов; трудоемкость и продолжительность работы; технологические параметры; параметры окружающей среды; возможность обеспечения требуемых технологических параметров в условиях изготовления соединения; время, после которого изготовленное соединение может эксплуатироваться; возможность контроля качества соединения; масштабы производства, квалификация рабочего персонала. Например, поскольку сварка нагретым (азом и сварка расплавом характеризуются возможностью подведения тепла непо средгтвенио к соединяемым почерхностям к л.юбому месту конструкции то данные методы счярки рекомендуются для сборки и ремой i а крупногабаритных конструкции и условиях строительной площадки. При сварке в этих же условиях толстостенных изделий небольших габаритных размеров (например, труб) рекомендуется сварка нагретым инструментом с подводом тепла к соединяемым поверхностям, так как в этом случае скорость сварки не зависит от теплопроводности материала изделия и локализа!!,ия области прогрева дает возможность уменьшить расход энергии.

Если тепловая сварка ведет к короблению соединяемых изделий, вызывает деструкцию полимера и потерю формы изделия, целесообразно применять сварку с помощью растворителей. Этот способ эффективно используется для соединения листов из полиметилметакри-лата и труб из поливинилхлорида.

Химическая сварка изделий из стеклопластиков применяется только в случае нецелесообразности использования других способов соединения, так как для ее осуществления необходимо при изготовлении изделий обеспечить недоотверждасмость и остаточную пластичность полимера в поверхностном слое в местах соединения, что требует применения сложного оборудования и технологии.

Среди параметров эксплуатации, влияющих на выбор способа соединения, наиболее существенное значение имеют нагрузки на со-

единение в период изготовления и эксплуатации конструкций. Можно выделить три вида нагрузок: отрывающие, сдвигающие и отслаивающие. В большинстве случаев эти нагрузки действуют совместно, но почти всегда одна из них является решающей. Выбор способа соединения производится из условия наилучшего восприятия нагрузок готовым соединением при учете других, указанных выше факторов.

Глава 2

СВАРКА НАГРЕТЫМ ГАЗОМ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

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 (прутка) и без присадочного материала.

Данной сваркой можно соединять детали практически любых размеров и конфигураций из поливинилхлорида, полиолефинов, поли-метилметакрилата, полистирола, полиамидов, пентапласта, полиформальдегида в любых условиях сварочного производства. В применяемых при сварке нагревательных устройствах (нагревателях) газ-теплоноситель нагревают при помощи электроэнергии нли газового пламени. В качестве газа-теплоносителя чаще всего служит воздух, а при сварке термопластов, которые подвержены сильной термоокислительной деструкции - инертные газы, главным образом азот.

Недостатки этого способа - низкая производительность, высокая стоимость

Рнс. 2. Схема сварки пластмасс нагретым газом с применением присадочного материала:

/ - свариваемые изделия: 2 - сварочный шов; S - присадочный материал: 4- наконечник нагревателя; 5- струя нагретого газа

работ, сложность поддержания постоянных режимов сварки и обеспечения стабильности качества сварных соединений.

При изготовлении химической аппаратуры и емкостей, сварке линолеума, облицовке хранилищ для агрессивных жидкостей широко применяется сварка нагретым газом с использованием присадочного материала (рис. 2).

СВАРКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Основные типы и конструктивные элементы выполняемых швов сварных соединений листов из поливинилхлорида и полиэтилена толщиной от 2 до 20 мм (рис. 3), их размеры, размеры швов и их предельные отклонения должны соответствовать ГОСТ 16310-80. Выбор типа шва обусловлен главным образом толщиной и свойствами свари» ваемых материалов, особенностями свариваемых конструкций и условиями нагружения в процессе эксплуатации. Качество сварных соединений существенно зависит от типа сварного шва, подготовки изде-

ЛИИ к сварке, положения нагревателя в процессе сварки, угла наклона прутка при подаче в шов, температуры, расхода и давления. газа-теплоносителя, скорости и порядка укладки прутка в шов, расстояния от наконечника нагревателя до свариваемых повеохностей, усилия

2. Подготовка листовых термопластов

Рис. 3. Основные тины сварных соединений:

а -стыкопые с односторонним скосом кромок; б -стыковое с двусторонним скосом кромок; в - нахлесточное с одним ii:bom: г- нахлесточпое с двумя швамч; с) - стыковое с накладкоч; е~ стыковое с двумя накладками; ж~ угловое; з - тавровое с одним jj.BOm: и - таиро/юе с двумя швами

вдавливания размягченного прутка, диаметра присадочного прутка, диаметра отверстия наконечника нагревателя, а также от соблюдения сварщиком технологических приемов и режимов сварочного процесса.

Сварка швов стыковых соединений деталей толщиной до 4 мм возможна без подготовки кромок, однако для обеспечения равномер- ного провара рекомендуется

оставлять зазор в вершине шва шириной до 1 мм. С этой же целью при сварке стыковых, тавровых и угловых соединений деталей толщиной свыше 4 мм между краями деталей оставляют в вершине шва зазор 0.5- 1,5 мм. При сварке стыковых, угловых и тавровых Соединений, особенно прн толщине вертикальной стен-кп свыше 4 ,мм, для повышения прочности соединения производится скос кромок одного либо обоих свариваемых листов с одной (У-образный шов) или с двух сторон (Х-образпый шов) (табл. 2). Х-образные швы более прочные, чем V-образ-ные, так как благодаря их симметричному строению при воздействии растягивающих и изгибающих нагрузок в них не возникают дополнительные изгибающие моменты, кроме того, они требуют в 1,6- 1,7 раза меньше расхода присадочного материала, следовательно, могут быть выполнены за меньшее число проходов. При сварке нахлесточных и стыковых соединений с накладкой кромки ме скашивают.

ПРИ м*ехаиГ,и? скашивания

пЦ pyS! "Р"- " "менателе-

Наибольшей механической прочностью обладают стыковые соединения. Нахлссточные соединения применять не рекомендуется, так как гри одной н той же толщине изделий прочность этих соединений в 6 раз меньше, чем стыковых [10].

В процессе сварки очень важно обеспечить правильное положение присадочного материала по отношению к поверхностям шва. Для не-пластифицированного поливинилхлорида, полиэтилена низкого давления, полипропилена и пентапласта присадочный материал рекомендуется держать под углом 90° к поверхности шва. Если угол наклона меньше 90°, присадочный материал нагревается иа участке большей длины, расход его в результате осадки увеличивается, а в шве из-за продольного сжатия пруток изгибается. Если угол наклона больше 90°, то пруток, уложенный в шов, удлиняется, вследствие чего прн охлаждении может разорваться. При сварке мягких пластмасс (пластифицированный поливинплхлорид, полиэтилен высокого давления) лучшие результаты достигаются, если угол между прутком и поверхностью равен 120°. В процессе укладки в шов сварочный пруток не должен увеличивать свою длину более чем на 15 % по сравнению с исходной.

Угол подвода наконеч1РИКа нагревателя к поверхности сварного шва должен составлять (26 ± 6)° при толщине свариваемых деталей до 5 мм и (39 ± 6)° при толщине деталей более 5 мм.

Температура газа на выходе из наконечника нагревателя должна быть на 50-100 °С выше, чем температура текучести полимера, так как на участке между наконечником и свариваемой поверхностью теплоноситель охлаждается. Давление газа нолет изменяться в пределах 0,035-0,1 МПа.

Струю газа, нагретого до необходимой температуры, направляют колебательными движениями нагревателя яа свариваемые кромки деталей и пруток. Скорость укладки прутка (обычно 0,1-0,2 м/мин), зависящая от температуры газа, с увеличением диаметра прутка уменьшается, однако общая скорость заполнения шва (скорость сварки) при этом возрастает. Повышению производительности процесса в 3-4 раза и более способствует предварительный подогрев основного и присадочного материалов. Такая сварка называется скоростной и преимущественно применяется для соединения плоских и цил.индри-ческих изделий, имеющих швы большой протяженности. При скоростной сварке возможен прижим прутка роликом или насадкой, укрепленными на нагревателе. При использовании предварительно подогретого прутка, сечеиие которого соответствует профилю шва, возможна сварка за один проход, т. е. отпадает необходимость в укладке нескольких прутков.

Расстояние от наконечника нагревателя до свариваемых поверхностей должно составлять (5 ± 2 )мм, расход газа-теплоносителя через 1 мм площади сечения наконечника - (5 ± 1,5) л/мин. Усилие вдавливания прутка в шов на 1 мм* площади сечения прутка для полиэтилена низкого давления, полипропилена, непластифицирован-ного поливинилхлорида и пентапласта составляет (3 ± !) Н, а для полиэтилена высокого давления - (2 ± 1) Н. Для мягких присадочных прутков, не выдерживающих осевого давления, применяют прикаточные ролики, усилие вдавливания которых в сварной шов составляет (20 ± 10) Н [10, 15, 21, 29].

Для уменьшения коробления изделий при сварке присадочный материал укладывают в шов в определенном порядке (рис. 4). Каждый последующий ряд укладывают после естественного охлаждения предыдущего до температуры не выше 40 °С. Число рядов проходов на практике принимается на один больше, чем толщина основного материала

в mm. При выполнении V-образного стыкового и углового шва в конце сварки Делают проход с обратной стороны шва (со стороны корня шва), предупреждая этим непровар отдельных участков (предварительно рекомендуется разделка корня шва специальным резаком со скругленным торцом). Зачистка выступающих над поверхностью изделия валиков шва не требуется.

Применяемый для сварки присадочный материал выпускается в виде прутков круглого сечения диаметром 2; 2,5; 3; 4 и 6 мм, а также в виде спаренных прутков толщиной 2; 2,5 и 3 км по ТУ 6-05-1160-75 «Прутки сварочные из непластифицированного поливинилхлорида» и ТУ 6-05-1698-74 «Прутки сварочные из полиолефинов». Выбор присадочных прутков осуществляется в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на производство сварочных работ.

Рис. 4. Порядок укладки сварочных прутков в шов:

а -стыковой V-образный шов; б-» стыковой Х-образиый шов; в -нах-лесточное соединение

Диаметр прутка должен подбираться в зависимости от толщины свариваемого материала, геометрии сварочного шва, скорости сварки и требуемой прочности соединения. С увеличением диаметра прутка сокращается время, необходимое для заполнения разделки, и увеличивается прочность сварного соединения. Однако применение прутков диаметром более 4-5 мм нежелательно, так как обеспечить их равномерный прогрев при сварке невозможно. Обычно корень шва заполняют прутком диаметром 2 мм, далее при толщине свариваемого материала менее 4 мм шов заполняют прутком дяаметром 3 мм, а при толщине материала более 4 мм - прутком диаметром 4 мм.

Диаметр наконечника на выходе теплоносителя должен превышать диаметр одинарного прутка или ширину двойного прутка на (0,5 ± 0,25) мм.

СВАРКА БЕЗ ПРИСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Сварка без присадочного материала выполняется по непрерывной или периодической схеме. В первом случае соединяемые поверхности нагревают последовательно отдельными участками, во втором - одновременно. Прочность соедниенвй, получаемых без применения присадочного материала, выше, чем с его применением, и достигает 80 - 90 % прочности основного материала, при 9том удельная ударная вязкость материала почти не снижается (29). Данный способ сварки используется гланным образом для соединения плоских ичделий прямолинейным швом. Температура сварки такая же, как и с присадочным материалом, а скорость сварки повышается в 10-15 раз.

Сварка листовых термопластов осуществляется преимущественно соединением на «ус» (рис. 5), для чего кромки листов перед сваркой срезают под углом 20-25° (при такой подготовке сварное изделие имеет одинаковую толщину во всех сечениях). Нагреватель устанавливают в таком положении, чтобы газовая струя попадала в створ угла.

образуемого свариваемыми листами, И направлялась на срезанные кромки шва. Для равномерного нагрева материала наконечник нагревателя должен иметь прямоугольное сечение. Давление сварки осуществляется двумя последовательно расположенными парами роликов, с помощью которых осуществляется равномерное перемещение свариваемых листов.

Существует три способа сварки пленочных термопластов: нагревом соединяемых поверхностей пленок (прямым нагревом), односто-

Рис. 5. Схема сварки нагретым газом листов термопласта без присадочного материала:

/ - сварной шов: 2 - прижимные ролики; а - свариваемые листы; .« - наконечник нагревателя

ронним нагревом внешней поверхности пленок по месту шва (косвенным нагревом) и оплавлением пленок по месту нх соединения. [10,15]

При прямом нагреве нагретый газ попадает в створ угла, образуемого свариваемыми пленками, которые после нагрева свариваемых поверхностей прикатываются друг к другу специальными роликами.

При косвенном нагреве свариваемых поверхностей пленок струя газа создает одновременно и давление, необходимое для их сварки (рис. 6). Для исключения разрывов нагрев пленок производится иа

Рис. 6. Схема сварки нагретым газом пленочных материалов:

/ -свариваемые пленки; 2 - ограничительные ленты; 3-струя газа; 4 -наконечник нагревателя; 5 - упругая подложка; S - жесткое основание

Рис. 7. Схема сварки пленок оплавлением кромок с подготовкой свариваемых кромок (а) и без подготовки свариваемых кромок (б):

/ - свариваемые пленки; ? -струя газа; 5 -наконечник нагревателя; 4- сварной шов; 5 зажимные губки

упругой подложке, а зона разогрева ограничивается двумя натянутыми на роликах бесконечными стальными лентами, расстояние между которыми определяет ширину сварного шва.

1ри прямом и косвенном нагреве качество сварных соединений и скорость сварки в значительной степени зависят от расстояния между наконечником нагревательного устройства и нагреваемой поверхностью свариваемых пленок, расхода и температуры газа-теплоносителя.

При сварке оплавлением соединяемые пленки накладывают друг иа друга и зажимают между двумя ограничительными губками (пленки свариваются по оплавляемым кромкам) или двумя парами губок