ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сварка нагревом в электрическом поле высокой частоты из "Сварка пластмасс " Сварка полимерных материалов в поле токов высокой частоты (т. в. ч.) основана на нагреве в результате преобразования электрической энергии в тепловую непосредственно внутри самого материала. Наибольшее распространение этот метод получил при соединении поливинилхлорида (жесткого и пластифицированного), который при контактно-тепловой сварке из-за перегрева поверхности теряет в соединении 40—60% прочности. Высокочастотная сварка позволяет снижать затраты на проведение процессов сборки (табл.18). [c.130] Все преимущества высокочастотного способа сварки связаны с особенностями диэлектрического нагрева пластмасс. Высокочастотная сварка осуществляется между двумя металлическими электродами — обкладками конденсатора, включенного в колебательный контур генератора электрических колебаний (рис. 113). [c.130] Схематично любой материал можно представить как вещество, состоящее из зарядов двух больших групп свободных и связанных. [c.131] Под влиянием электрического поля свободные заряды, представляющие собой электроны и ионы, перемещаются в пределах нагреваемого материала от одного электрода к другому, образуя ток проводимости. [c.131] Смещение максимума электронной плотности атома относительно центра его ядра называется электронной поляризацией. Смещение центра отрицательного поля, создаваемого анионами молекулы, построенной по принципу ионных связей, относительно центра положительного поля, создаваемого катионами той же молекулы, называется атомной поляризацией ионного смещения. Ориентация полярных молекул вещества, обладающих из-за их несимметричного строения дипольными моментами при отсутствии электрического поля, приводит к так называемой дипольной поляризации. [c.131] Если полярные молекулы свободны, то под действием электрического поля они ориентируются сообразно ему в той мере, в какой ориентация допускается их тепловым движением. При наличии сильной связи между соседними молекулами их ориентация в поле ограничивается этой связью и под действием внешнего поля они поворачиваются только на небольшие углы. [c.131] В практических задачах нагрева материалов наибольший интерес представляет поляризация полярных молекул, ограниченная их тепловым движением. Предпосылкой для нагрева полимера в высокочастотном электрическом поле является наличие в его молекулах звеньев, имеющих дипольное строение и способных поляризоваться при наложении внешнего поля. [c.132] Поляризация молекул в поле т. в. ч. происходит вслед за изменением направления электрического поля и с той же частотой, но с некоторым запаздыванием. Запаздывание свидетельствует о преодолении сил, препятствующих смещению зарядов и ориентации диполей, на что требуется затрата энергии. Энергия, затрачиваемая на поляризацию молекул полимера, преобразуется в тепловую энергию. [c.132] Процесс изменения поляризации молекул полимера при изменении напряженности внешнего электрического поля имеет много общего с процессом изменения деформации полимеров при изменении внешних механических напряжений. Это сходство обусловлено общим характером развития деформации полимеров и поляризации его молекул. Подобно тому, как высокоэластическая деформация полимеров возникает вследствие ориентации отдельных участков гибких цепных молекул под влиянием механических сил, так и поляризация полярных диэлектриков возникает вследствие процессов ориентации полярных групп в молекулах, вызванных действием электрических сил. Оба процесса ориентации тормозятся силами взаимодействия между молекулами (т. е. вязкостью среды) и с соседними участками молекулы, преодоление которых требует времени. Скорость поляризации, так же как и скорость деформации зависит от температуры и частоты внешнего силового поля (соответственно электрического или механического). [c.132] Иногда прокладку термопласта, нагревающуюся в высокочастотном поле, вводят между соединяемыми пластиками. Разогрев свариваемых поверхностей в этом случае происходит за счет теплоотдачи прокладки, что дает возможность соединять изделия больших толщин. Технологический процесс рассматриваемого способа во многом напоминает процесс сварки с помощью металлической прокладки, нагреваемой в электромагнитном поле. [c.135] Для сварки термопластов с низким фактором диэлектрических потерь может быть применен высокочастотный нагрев также в том случае, если изделие перед сваркой подогреть, например, в термошкафу или контактным нагревателем. Предварительный подогрев приводит к повышению фактора диэлектрических потерь, что дает возможность осуществить сварку без чрезмерного увеличения интенсивности высокочастотного поля. [c.135] Т1т — термический к. п. д. процесса нагрева, учитывающий потери тепла в окружающую среду. [c.136] С поверхности нагретой пластмассы тепло уходит частично в металлические электроды, поэтому максимальная температура достигается на соединяемых поверхностях. Такое распределение температуры по толщине свариваемых материалов является одним из основных преимуществ высокочастотной сварки. Соприкасаясь с холодным сварочным инструментом, сварной шов быстро охлаждается после отключения поля высокой частоты еще до того, как снимается давление, что предотвращает прилипание термопласта. Недостатком является лишь то, что тепловые потери в электроды могут понизить к. п. д. до 20—40%. [c.136] Вывод формулы (16) сделан исходя из следующих условий 1) неравномерность напряжения на рабочем конденсаторе допускается в пределах 5% 2) питание подключается в середине конденсатора 3) усложняющие схему генератора настроечные приспособления для уничтожения неравномерности напряжения не применяются, так как они громоздки и нетехнологичны. [c.137] При прессовой сварке с помощью предварительно нагретых сварочных электродов (рис. 117) свариваемые детали укладывают между нагретыми заземленным и высокопотенциальным электродами. [c.138] После их смыкания и подогрева материала до нужной температуры на электроды подается поле высокой частоты и прикладывается давление до образования сварного шва. [c.139] В последнее время созданы электроды специальной конструкции, позволяющие производить прессовую высокочастотную сварку изделий сложной пространственной формы [57, 96]. Прессовая сварка термопластов и прессовая сварка отвержденных пластмасс ничем не отличаются друг от друга, и их можно осуществлять по одним и тем же схемам. [c.139] В виде дисков, из которых один соединен с высокопотенциальным выводом генератора, а другой заземлен. [c.140] При всей простоте способ имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его применение. При непрерывной высокочастотной сварке особые трудности возникают во время охлаждения шва. При роликовой сварке термопластичных пленок материал шва не успевает охладиться под давлением. Шов выходит из-под электродов в еще нагретом состоянии, и при охлаждении может произойти его деформирование это особенно заметно в изделиях большой толщины. Недостаток усугубляется и тем, что материал захватывается роликами в зоне разогрева, где формоустойчивость его понижена толщина материала в месте захватов уменьшается и изменяется электрический режим, а следовательно, и качество шва. Для устранения этого недостатка ограничивают скорость сварки и длину изготовляемого изделия или применяют подающий механизм более сложной конструкции. [c.140] Вернуться к основной статье