ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Историческая справка и некоторые общие сведения о сварке ПМ из "Соединения деталей из полимерных материалов " Начиная с 1912 г. из опыта по изготовлению плит из тонкостенных листовых полуфабрикатов, стало известно, что ПМ на основе полимеров с линейной или разветвленной структурой макромолекул могут соединяться друг с другом при одновременном действии давления и нагрева. Однако технология соединения деталей из ПМ на основе этих знаний была разработана лишь в 30-х гг. XX в. [c.325] Промышленное применение сварки началось в производстве коррозионностойких конструкций из жесткого ПВХ. Первые трубопроводы из ПВХ для подачи воды были сооружены в Германии в 1936 г. [9]. До сих пор они функционируют. Патенты на сварку нагретым газом с применением присадочного прутка при сборке конструкций из ПВХ были выданы независимо друг от друга разным фирмам сначала в США [10], а затем в Германии [11]. Эксперименты по осуществлению этого способа сварки в США были проведены на ПВДХ. В 1939 г. для нагрева термопластов при их сварке наряду с горячим воздухом предложили использовать пламя [12]. [c.325] Тогда как это изобретение в США долгое время оставалось без внимания, во многих странах Европы сварка ПМ нагретым газом получила широкое распространение (в частности в Германии в производстве конструкций из ПВХ). После второй мировой войны этот способ стали применять в нашей стране и в США. Уже в начале 40-х гг. XX в. появилась первая зарубежная публикация по сварке термопластов [13] и была защищена первая диссертация [14], в которой освещались вопросы технологии сварки нагретым газом и результаты исследований других способов сварки ПМ. Но широкое развитие сварки ПМ в те годы сдерживалось отсутствием достаточного количества пригодных для ее осуществления материалов. [c.325] Мощный толчок распространению сварки ПМ дало появление ПЭ, который начали сразу же использовать не только в качестве изоляции кабелей, но и как конструкционный материал. Первые работы по сварке ПЭ нагретым газом с присадочным материалом были проведены в 1942 г. в Англии в связи с его применением для радаров [ 15, с. 14]. [c.326] В конце 1940-х—начале 1950-х гг. сварку нагретым газом с присадочным материалом стали применять для покрытия полов линолеумом на основе пластифицированного ПВХ. В то же время стало известно о сварке пламенем торцового шва пленок в производстве упаковки. [c.326] Для соединения листов и пленок толщиной 0,1-0,5 мм из пластифицированного ПВХ швами большой длины сварка нагретым инструментом косвенным нагревом и сварка нагретым газом были непригодны. Для этих целей был разработан способ непрерывной сварки нагретым инструментом, при котором последний соприкасался непосредственно с соединяемыми поверхностями. Разработанный способ, который из-за клиновидной формы инструмента был назван сваркой нагретым клином, должен был заменить ниточные соединения, которые не обеспечивали получения высокопрочных швов у полимерных пленок. Для механизированной сварки химически стойкой одежды, покрывал, накидок и т. п. из пленок и тонких листов в крупносерийном производстве немецкая фирма Pfaff в 1942 г. предложила на рынке соответствующую установку, по внешнему виду очень похожую на швейную машинку [16]. Для выполнения операций сборки небольших партий изделий в условиях монтажа и стройплощадок в средине 1940-х гг. применили ручные нагреватели типа паяльников [15, с. 92]. Но в конце 1940-х—1950-х гг. шитье пленок такая сварка вытеснить еще не могла, так как характеризовалась низкой, по сравнению с ним, производительностью и требовала более дорогого оборудования. [c.326] Начало становления высокочастотной сварки ПМ, по-видимому, можно датировать 1941 г., когда в Великобритании был выдан первый патент на ВЧ-сварочную установку [17, с. 102]. Подобно сварке нагретым инструментом прямым нагревом ВЧ-сварка пошла на замену шитья и склеивания при изготовлении защитной одежды их пластифицированного ПВХ. [c.326] В 1944 г. ВЧ-сварку применили при изготовлении стыковых и нахлесточных соединений у изделий из листовых термопластов, в частности из ПММА. Разработка технологии сварки ПММА была обусловлена началом широкого его применения в самолетостроении. В это же время была обнаружена специфика тепловых видов сварки некоторых термопластов, температура текучести которых близка или выше температуры деструкции сварка таких ПМ требовала очень точного соблюдения температуры и продолжительности нагрева. К числу таких ПМ как раз и относится ПММА, перегрев зоны сварного шва которого приводил к выделению мономера, сопровождающемуся образованием газовых пузырьков. Для получения бездефектного шва в таких случаях стали применять сварку растворителем, при которой присадочным материалом служил мономер — акрилат, полимеризующий-ся под влиянием ВЧ-нагрева. Это можно считать началом развития видов сварки с использованием химически активных присадочных материалов. [c.326] Появление самых разнообразных областей применения ВЧ-сварки было в наибольшей степени характерно для начала 1950-х гг. (производство упаковки, портфелей, чемоданов, обуви, одежды, игрушек, товаров для отдыха, обивки внутреннего салона автомобилей и др.) [17, с. 7]. При ВЧ-сварке ПМ, коэффициент диэлектрических потерь которых при нормальной температуре менее 0,01, применили подогрев с помощью нагретого электрода или прокладки из ПМ, хорошо греющегося вВЧ-поле[17, с. 119]. [c.327] Когда в 1942 г. увидели свет первые публикации о сварке стыкового соединения труб из термопластов нагретым инструментом прямым нагревом, еще не предполагали, что этот метод займет одно из важнейших мест по объему применения в технологии изделий и конструкций из ПМ. Организация массового производства различных полуфабрикатов и деталей из ПЭ послужила мощным импульсом развития сварки этим методом. [c.327] При производстве упаковки сваркой постоянно нагретым инструментом косвенным нагревом возникла проблема предотвращения прилипания ПМ к поверхности инструмента. К тому же этот метод сварки не обеспечивал получения хоро-шого вида сварного шва. Попытки устранить эти недостатки привели к созданию термоимпульсной сварки [17, с. 32,42]. Первое сообщение о технологии и аппарате для этого метода сварки датировано 1949 г. [18]. Широкое распространение данного метода совпало с началом массового выпуска полиэтиленовых пленок. Вскоре после освоения метода появились устройства для термоимпульсной сварки пленок с разделением [17, с. 52], в которых нагревателем служила тонкая проволока, при нагреве до 600-700 °С расплавляющая оба слоя пленки и разделяющая свариваемый пакет на две части с образованием двух швов. [c.327] Для решения проблемы прилипания пленок к роликовому нагревателю в 1950-х гг. в упаковочных машинах стали использовать сварочные устройства ленточного типа [15, с. ИЗ 17, с. 33], которые были запатентованы еще в 1940-х гг. [19]. На этих устройствах пленка зажимается между двумя бесконечными металлическими лентами, которые проходят сначала зону нагрева, а потом зону охлаждения. [c.327] Почти одновременно со сваркой нагретым инструментом прямым нагревом для изготовления стыковых, нахлесточных и других соединений стали применять сварку излучением [ 15, с. 89]. При этом методе сварки соединяемые поверхности в процессе нагрева находятся на небольшом расстоянии (1,5-3 мм) от поверхности излучателя, нагретого до высокой температуры. Именно в технологии этого вида сварки в конце 1950-х гг. было предложено создавать напряжения сдвига в зоне шва путем поворота торцовых поверхностей свариваемых деталей в противоположных направлениях [15, с. 89]. Идея механического разрушения поверхностных слоев ПМ в дальнейшем была использована во многих технологиях сварки ПМ. Принимая во внимание достоинства сварки излучением (нагрев без соприкосновения с соединяемыми поверхностями), ее в дальнейшем стали использовать по различным схемам и для соединения пленок. [c.327] В период проведения первых опытов по сварке труб нагретым инструментом в Германии была апробирована и сварка трением, при которой одна деталь закреплялась неподвижно, а вторая вращалась, находясь в контакте с первой, — так называемая ротационная сварка трением [13 15, с. 100]. Вместе с тем многие исследователи [8, 20-22] указывают, что ротационная сварка трением известна с 1930-х гг. В нормативных документах этот вид сварки впервые упомянут в 1943 г. [6]. Сообщение о другой разновидности сварки трением — сварке вибротрением — появилось в 1951 г. [23], а о практическом использовании — с середины 1970-х гг. [20-22]. Дополнительный импульс распространению сварки вибротрением был дан в последние годы в связи с расширением выпуска фасонных объемных термопластичных деталей неправильной формы и с толстыми стенками. Разработанный в 1991 г. в Институте сварки Великобритании (TWI) вначале для соединения алюминия метод сварки трением с перемешиванием затем был применен и для ПМ [8]. Нагрев стыкуемых кромок осуществляется находящимся между ними, перемещающимся вдоль стыка и вращающимся вокруг своей оси инструментом в виде штыря. [c.328] Еще до разработки У 3-сварки предложили применять комбинированное воздействие УЗ-механическими колебаниями и ВЧ-электрическим полем при образовании соединения отвержденных реактопластов [26]. Процесс сварки заключался в том, что сначала происходила деструкция полимера под влиянием У 3-колебаний, а затем — реполимеризация под влиянием ВЧ-нагрева. О реализации этого интересного с теоретической точки зрения метода данных не имеется. О появившихся затем многочисленных разновидностях УЗ-сварки ПМ кратко в данном разделе книги рассказать невозможно. [c.329] Сварку расплавом первыми применили специалисты, которые занимались экструзией пленок или литьем под давлением деталей из термопластов. Для получения непрерывных прямых и протяженных швов было предложено расплавленный пруток подавать от экструдера между слоями длинномерных полиэтиленовых пленок [15, с. 116]. Такой вид сварки расплавом получил название экструзионная сварка . В 1970-х гг. ее как новый метод применили для соединения толстостенных деталей из ПЭ [27]. Для соединения деталей толщиной 10 мм в Институте сварки Великобритании в 1990 г. предложили экструзионную сварку с принудительным смешением присадочного и основного материала, осуществляемым вращающимся наконечником экструдера [8]. [c.329] Вторая разновидность сварки расплавом — сварка литьем под давлением появилась в крупносерийном производстве фасонных изделий из термопластов (бутылей и других емкостей). Когда мощность литьевых машин была недостаточной для формования этих изделий за один цикл литья, отливали их части, которые соединяли расплавом термопласта, подаваемым литьевой машиной в полость между соединяемыми поверхностями. В последующем этот метод сварки стали применять и для сборки небольших изделий, когда особое значение имеют такие достоинства, как высокая производительность, возможность получения шва в труднодоступных местах (например, в полых изделиях), локализация зоны нагрева, высокая прочность соединения в сочетании с хорошим внешним видом швов. [c.329] Оценивая различные методы сварки по критериям получение новых научных данных исследователями и экономические и технические характеристики сварочного оборудования, эксперты пришли к выводу, что передовые позиции в последние 10 лет занимает лазерная сварка. [c.329] Вернуться к основной статье