Сварка пластмасс экструдером
Назначение
Экструзионная сварка применяется для сварки листов, пленки и прочих изделий из термопластов. Изогнутые детали, радиус изгиба которых многократно превышает ширину шва и длину сварочного башмака, могут считаться листами и свариваться как листы.
Требования
Требования к деталям, соединяемым экструзионной сваркой те же, что и при использовании других технологий сварки изделий из полимеров:
Переносное оборудование для экструзионной сварки состоит из экструдера и устройства для нагрева воздуха (рис.1). Экструдер приводится в действие электромотором (ручной дрелью). Рубашка экструдера нагревается электронагревателями или нагретым воздухом. Присадочный материал, подаваемый в экструдер в форме прутка или гранул, нагревается от рубашки экструдера, а также за счет трения о поверхность шнека и рубашку экструдера, перемешивается до состояния однородной расплавленной массы и подается в зону сварки через сварочный башмак.
Наиболее часто свариваются листы и пленка из ПНД или ПП. ПВХ и ПВДФ – более жесткие материалы. ПВХ, кроме того, отличается неприятной особенностью – даже у материала с добавками «стабилизаторов» температура термодеструкции не намного превышает температуру пластификации. Поэтому для сварки ПВХ и ПВДФ используется экструдер со шнеком специальной формы, который более тщательно перемешивает материал в процессе его расплавления. Сварка ПВХ, кроме того, сопряжена с дополнительными ограничениями из-за температурной неустойчивости материала – в частности, экструдер не должен выключаться и вновь включаться в процессе сварки пластмасс.
Устройство для нагрева воздуха (термофен) нагревает воздух и подает его через сварочный башмак (или через отдельное сопло) на свариваемые поверхности, чтобы нагреть их непосредственно перед подачей расплавленного присадочного материала.
Присадочный материал подается между свариваемыми поверхностями и придавливается скользящим сварочным башмаком, формируя сварной шов необходимой формы.
Температура нагретого воздуха и расплавленного присадочного материала, подаваемых в зону сварки, регулируется блоком автоматики экструдера и должна соответствовать таблице №1.
Таблица №1. Параметры экструзионной сварки
Форма сварочного башмака
Для изготовления сварочного башмака используется полимер с высокой температурой плавления и хорошими антиадгезионными свойствами. Наилучшие результаты показал фторопласт-4 (политетрафторэтилен).
Сварочный башмак должен изготавливаться с расчетом на определенную форму и размер шва. Главное правило: чем шире шов, тем длиннее должен быть башмак. ГОСТ 16310–80 описывает форму и размеры сварных экструзионных соединений для листов из термопластов толщиной 2–20 мм. Наиболее часто применяемые сварочные башмаки и соответствующие им формы сварного шва показаны на рис. 2.
Выполнение двусторонних швов
Перед сваркой шва с другой стороны рекомендуется проварить корневой слой с помощью термофена или вырезать корневой слой для заполнения полости присадочным материалом (рис. 3).
Разновидности оборудования
Экструдеры делятся на группы по следующим признакам.
Конструкция по назначению:
Экструдеры, предназначенные для сварки на земле, снабжены специальной рукояткой для удобства работы стоящего человека. Кроме того, если подача нагретого воздуха осуществляется не через сварочный башмак, а через отдельное сопло, то это сопло располагается сверху над сварочным башмаком.
У экструдеров, предназначенных для сварки емкостей, сопло для воздуха находится справа от сварочного башмака.
Источник сжатого воздуха
Встроенный термофен (рис. 5 , верх):
Форма присадочного материала
Сварочный пруток:
Система нагрева камеры плавления
Нагрев горячим воздухом (рис. 6, верх):
Технология экструзионной сварки – отработанная десятилетиями и надежная. По сравнению со сваркой горячим воздухом, экструзионная сварка предлагает более высокое качество и производительность работы.
Автор статьи: А.В. Жуков
Журнал "Сантехника 06/2005"
Экструзионная сварка применяется для сварки листов, пленки и прочих изделий из термопластов. Изогнутые детали, радиус изгиба которых многократно превышает ширину шва и длину сварочного башмака, могут считаться листами и свариваться как листы.
Требования
Требования к деталям, соединяемым экструзионной сваркой те же, что и при использовании других технологий сварки изделий из полимеров:
- свариваться вместе могут только изделия из термопластов, т. е. из материала, который можно нагреть до расплавления и затем остудить без заметного изменения свойств;
- свариваться вместе могут только изделия из одинакового материала. При экструзионной сварке те же требования предъявляются к присадочному материалу;
- свариваемые поверхности должны быть чистыми. Особенно важно, чтобы не было жирных загрязнений;
- процесс охлаждения шва должен протекать медленно, при естественных условиях. Искусственное ускорение охлаждения ведет к перепадам температур в материале и уменьшению прочности шва.
Переносное оборудование для экструзионной сварки состоит из экструдера и устройства для нагрева воздуха (рис.1). Экструдер приводится в действие электромотором (ручной дрелью). Рубашка экструдера нагревается электронагревателями или нагретым воздухом. Присадочный материал, подаваемый в экструдер в форме прутка или гранул, нагревается от рубашки экструдера, а также за счет трения о поверхность шнека и рубашку экструдера, перемешивается до состояния однородной расплавленной массы и подается в зону сварки через сварочный башмак.
Наиболее часто свариваются листы и пленка из ПНД или ПП. ПВХ и ПВДФ – более жесткие материалы. ПВХ, кроме того, отличается неприятной особенностью – даже у материала с добавками «стабилизаторов» температура термодеструкции не намного превышает температуру пластификации. Поэтому для сварки ПВХ и ПВДФ используется экструдер со шнеком специальной формы, который более тщательно перемешивает материал в процессе его расплавления. Сварка ПВХ, кроме того, сопряжена с дополнительными ограничениями из-за температурной неустойчивости материала – в частности, экструдер не должен выключаться и вновь включаться в процессе сварки пластмасс.
Устройство для нагрева воздуха (термофен) нагревает воздух и подает его через сварочный башмак (или через отдельное сопло) на свариваемые поверхности, чтобы нагреть их непосредственно перед подачей расплавленного присадочного материала.
Присадочный материал подается между свариваемыми поверхностями и придавливается скользящим сварочным башмаком, формируя сварной шов необходимой формы.
Температура нагретого воздуха и расплавленного присадочного материала, подаваемых в зону сварки, регулируется блоком автоматики экструдера и должна соответствовать таблице №1.
Таблица №1. Параметры экструзионной сварки
Материал
|
Температура
дополнительного
материала, °С
|
Температура горячего
воздуха, °С
|
Поток воздуха, л/мин.
|
ПНД
|
200-230
|
210–240
|
350-400
|
ПП
|
200-240
|
210–250
|
350-400
|
ПВХ
|
170–180
|
230-250
|
350-400
|
ПВДФ
|
240-270
|
240-270
|
350-400
|
Форма сварочного башмака
Для изготовления сварочного башмака используется полимер с высокой температурой плавления и хорошими антиадгезионными свойствами. Наилучшие результаты показал фторопласт-4 (политетрафторэтилен).
Сварочный башмак должен изготавливаться с расчетом на определенную форму и размер шва. Главное правило: чем шире шов, тем длиннее должен быть башмак. ГОСТ 16310–80 описывает форму и размеры сварных экструзионных соединений для листов из термопластов толщиной 2–20 мм. Наиболее часто применяемые сварочные башмаки и соответствующие им формы сварного шва показаны на рис. 2.
Выполнение двусторонних швов
Перед сваркой шва с другой стороны рекомендуется проварить корневой слой с помощью термофена или вырезать корневой слой для заполнения полости присадочным материалом (рис. 3).
Экструдеры делятся на группы по следующим признакам.
Конструкция по назначению:
- для производства емкостей (рис. 4);
- для сварки листов / пленки на полу / земле.
У экструдеров, предназначенных для сварки емкостей, сопло для воздуха находится справа от сварочного башмака.
Тип электродвигателя
Двигатель постоянного тока с графитовыми щетками:
- двигатель специально разработан для экструдеров, имеет гораздо больший ресурс, чем двигатель стандартных электродрелей;
- электронный регулятор оборотов;
- удобный доступ для замены щеток;
- цена комплекта ниже, чем в случае асинхронного двигателя с частотным регулятором.
Асинхронный двигатель без графитовых щеток:
- управление оборотами двигателя – с помощью внешнего частотного регулятора;
- ресурс двигателя выше, чем у двигателя постоянного тока;
- точное регулирование производительности экструдера в диапазоне 20–100%;
- обороты двигателя очень стабильны, не зависят от момента нагрузки на шнеке.
Встроенный термофен (рис. 5 , верх):
- встроенный термофен служит как нагревателем, так и нагнетателем воздуха;
- нет потребности в дополнительном оборудовании для подачи воздуха;
- удобство работы в полевых условиях.
Внешний источник (рис. 5, низ):
- нагрев воздуха встроенным нагревателем, подача воздуха – от сети сжатого воздуха предприятия или от компрессора;
- облегченная конструкция;
- требование к внешнему источнику – не менее 0,4 бар / 300 л/ч.
Сварочный пруток:
- обеспечивает стабильную подачу материала независимо от положения экструдера в пространстве;
- диаметр сварочного прутка зависит от модели экструдера.
Гранулы:
- загрузка гранулированного материала из специальной емкости на экструдере;
- в ряде случаев проще перемолоть отходы материала на дробилке, чем найти сварочный пруток из того же материала.
Нагрев горячим воздухом (рис. 6, верх):
- более простая и дешевая, но менее точная система;
- горячий воздух, нагретый встроенным термофеном или нагревателем, пропускается через полость вокруг камеры плавления и только после этого подается через сварочный башмак в зону сварки.
Система электронагревателей (рис. 6, низ):
- электронагреватели расположены друг за другом вокруг камеры плавления, образуя последовательные зоны нагрева;
- более точная и технологически эффективная система нагрева;
- горячий воздух подается сразу в зону сварки, минуя камеру плавления.
Автор статьи: А.В. Жуков
Журнал "Сантехника 06/2005"