ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сварка трением из "Сварка пластмасс " Сварка трением основана на нагреве контактирующих поверхностей термопластов в результате превращения механической энергии трения под давлением одной поверхности от[госи-тельно другой в тепловую. Очень низкая теплопроводность, характерная для термопластов, способствует сохранению тепла лишь в зоне трущихся поверхностей, в то время как температура всего изделия остается практически неизменной. Сварка трением имеет ряд преимуществ, заключающихся в том, что в процессе сдвига под давлением свариваемых поверхностей относительно друг друга снимается окисная пленка и возможные инородные включения и вытесняются воздушные пузырьки, это предохраняет разогреваемые поверхности термопластов от термоокислительной деструкции. [c.196] В результате превращения механической энергии в тепловую-зона сварки нагревается до такой температуры, при которой происходит свободное перемещение макромолекул в объеме контактирующих поверхностей и возникают структуры, характерные-для целого материала. Одновременно при трении может происходить и явление механокрекинга с последующей рекомбинацией макрорадикалов. [c.196] При одном и том же молекулярном весе полимеров и одинаковых условиях нагружения полимеры можно расположить в следующем порядке по скорости снижения их молекулярного веса в результате механокрекинга полистирол, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт, поливинилхлорид, поливинилацетат, полиэтилен, полипропилен. [c.197] Чем ниже температура нагружения материала, тем более вероятно его разрущение вследствие механокрекинга. В местах обрыва макромолекул остаются свободные валентности, т. е. каждая макромолекула превращается в два макрорадикала. Высокая вязкость среды, в которой происходит образование макрорадикалов, и малая подвижность последних приводят к тому, что макрорадикалы могут в течение длительного времени сохраняться в полимере в неуравновешенном состоянии. Для полиэтилена и полистирола было установлено, что при 20° С макрорадикалы сохраняются в материале в течение 5—7 мин. Число макрорадикалов уменьша тся по мере того, как они соединяются друг с другом в новых сочетаниях (рекомбинация) или присоединяют к себе кислород, проникший в полимер. С повышением температуры возрастает подвижность макрорадикалов, понижается вязкость среды, скорость реакций рекомбинации и окисления возрастает. [c.197] Течение материала, вызванное прежде всего перемещением макрорадикалов, как более мелких частиц по сравнению с макромолекулами, за которым следует их рекомбинация, не только облегчает сварку, но и способствует повышению прочности сварного соединения при условии, что при механокрекинге не происходит окисление материала в результате реакции макрорадикалов с кислородом воздуха. Процесс окисления, опережая рекомбинацию макрорадикалов, приводит к снижению молекулярного веса полимера, а следовательно, к ослаблению материала в зоне шва. [c.197] Сварка вращением [8] осуществляется закреплением одной детали неподвижно и вращением второй, которая контактирует торцом с неподвижно закрепленной деталью (рис. 169, а). На сопряженных торцовых поверхностях возникают силы трения, вызывающие интенсивный нагрев. После достижения необходимой температуры давление увеличивают, для того чтобы выдавить пузыри воздуха между деталями и равномерно распределить расплав между свариваемыми поверхностями. Затем освобождают неподвижную деталь или мгновенно останавливают вращающуюся деталь и охлаждают изделие под давлением. Описанным способом соединяют между собой стержни, трубы и другие детали сравнительно небольшой длины или присоединяют цилиндрические детали к плоским и фасонным. Трение в свариваемых поверхностях создают также вращением обеих деталей, но во взаимно противоположные стороны (рис. 169, б). Такой способ целесообразно применять, когда возможны высокие относительные скорости вращения при соединении деталей с малым диаметром. Однако практического применения этот способ пока не нащел. [c.198] Длинные и громоздкие детали, вращение и особенно быстрое торможение которых затруднено, можно сваривать при помощи третьей, промежуточной детали (вставки). Для этого длинные детали закрепляют неподвижно, а вставку вращают вокруг общей оси свариваемых деталей (рис. 169, в). [c.198] Сварку производят преимущественно без присадочного материала. Однако разработаны способы сварки двух или нескольких деталей при помощи вращающегося сварочного прутка. Пруток, состав которого аналогичен составу свариваемого материала, вращается с большой скоростью и его торец прижимается определенным давлением к соединяемым поверхностям. По мере размягчения термопласта и образования валика пруток продвигается вдоль щва. Таким способом на одном и том же месте можно наплавить несколько валиков. С уменьшением диаметра прутка необходимо увеличивать скорость вращения, чтобы достигнуть нужной степени разогрева. При диаметре прутка около 6,5 мм скорость вращения должна быть 83 об сек (5000 об/мин). [c.198] Сочетание сварки трением с помощью вращающегося прутка и крепления шипами (рис. 170) удобно при сборке из отдельных секций термопластичного материала деталей больших размеров (блоков, стерж-. [c.199] СВЯЗЬ нескольких листов, однако при этом однородное сплавление по плоскостям листов не достигается. [c.199] Из перечисленных способов наибольшее распространение получила сварка вращением одного изделия относительно другого, закрепленного неподвижно (рис. 169, а). В настоящее время разработаны режимы сварки вращением многих термопластов полиэтилена, поливинилхлорида, полиметилметакрилата, полистирола, полиамида, полипропилена, полиформальдегида, поликарбоната. [c.199] Тела вращения из поливинилхлорида диаметром менее 35 мм могут свариваться без предварительной подготовки, т. е. плоскими поверхностями [91]. Части изделий, не испытывающих высоких нагрузок, можно соединять внахлестку или с отбортовкой кромок (рис. 171). [c.200] При сварке труб площадь контакта можно увеличить, применяя соединения уступом, шипом в паз и с разделкой кромок на ус (рис. 172). Эти виды соединения обеспечивают плотную подгонку деталей и уменьшают вибрацию поверхностей, особенно при сварке трением деталей небольшой толщины. Максимальная площадь сварки ограничивается обычно толщиной стенок и сопротивлением вращению, величина которого возрастает при увеличении площади соприкасающихся поверхностей. В качестве примера на рис. 173 приведено оптимальное соотношение между размерами сварного шва при соединении двух частей сосуда из полиформальдегида. Специальную разделку свариваемых кромок производят в случае изготовления высоконагружен-ных соединений сплошных деталей. [c.200] Количество теплоты, выделяемой между трущимися поверхностями, определяется мощностью трения. Удельная мощность. [c.201] Из ЭТОГО уравнения видно, что интенсивность тепловыделения на поверхности трения зависит от величины относительной скорости вращения, контактного давления и коэффициента трения. [c.202] Скорость вращения, давление и продолжительность контакта являются основными технологическими параметрами режима сварки вращением. Существенное влияние имеют также коэффициенты трения и теплопроводности материала. Вследствие низкой теплопроводности термопластов необходимая для сварки температура на поверхностях трения достигается очень быстро. Высокая скорость соединения — основное преимущество сварки трением. Момент сварки чаще всего устанавливается опытным путем и обнаруживается визуально по появлению выдавленного расплавленного материала. [c.202] Обычно с момента возникновения трения до прекращения относительного движения проходит 3—25 сек. Более короткая продолжительность сварки уменьшает вероятность появления местных перегревов и выдавливания размягченного полимера. Детали из кристаллических полимеров, например из полиамидов, с узким интервалом температур плавления рекомендуется подвергать воздействию трения не более 0,5—1,0 сек. Медленное торможение может привести к срезу сварного соединения. [c.202] Скорость вращения свариваемых деталей устанавливается в зависимости от типа термопласта и конфигурации изделия. При сварке поливинилхлорида, поливинилиденхлорида и полиэтилена рекомендуется создавать скорость вращения соединяемых поверхностей 1,5—Ъ м/сек (90 — 180 ж/жын) [91], которую можно достигнуть на обычном токарном станке с числом оборотов шпинделя до 500 в минуту. [c.202] При сварке органического стекла скорость вращения шпинделя должна быть не менее 16,7 об/сек (1000 об/мин) [66] например, для сварки прутков диаметром 25 мм необходима скорость 100 об/сек (6000 об/мин) [54], получаемая на высокоскоростных сверлильных станках. Скорость при сварке вращением полиформальдегида в зависимости от диаметра деталей составляет 11,7—83 об/сек (700—5000 об/мин) (рис. 174) [91]. [c.202] Вернуться к основной статье