Экструзионная сварка

Экструзионная сварка – один из процессов сварки термопластов и композитов , разработанный в 1960-х годах как развитие сварки горячим газом . Это может быть ручной или автоматизированный процесс. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

В процессе используется сварочная головка с соплом для подачи горячего воздуха и экструдер, выталкивающий присадочный материал. Процесс включает в себя нагрев соединяемых (соединяемых) поверхностей и добавление расплавленного или пластифицированного наполнителя (экструдата) путем его экструзии через матрицу ( башмак). В ходе процесса экструдат применяется под давлением, чтобы обеспечить хорошее соединение, а затем деталь охлаждается.

Этапы сварки

Этапы этого процесса сварки аналогичны другим процессам сварки пластмасс и включают в себя: ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}

Подготовка поверхности основного материала – обработка необходимой канавки согласно проекту шва и очистка примыкающих поверхностей шабрением. Это удаляет грязь и оксиды с соединяемых поверхностей, которые потенциально могут загрязнить готовый сварной шов.
Сборка сварного соединения – прихватка деталей основного материала (сваркой горячим газом) или с использованием системы зажимов.
Сварка – добавление экструдата под давлением.
Окончательная обработка внешнего вида сварного шва. Удаление заусенцев скребком во избежание образования дефектов под напряжением. Этот шаг может быть необходимым, а может и не быть.
Охлаждение — позволяет детали остыть и быть готовой к использованию.

Предварительный нагрев необходим в начале сварки. Обычно это достигается за счет использования сопла горячего воздуха на сварочном пистолете и обдувания стартовой зоны. После начала сварки правильная скорость движения и угол горелки гарантируют, что предстоящая прилегающая поверхность будет достаточно предварительно нагрета.

Материал наполнителя представляет собой полимер, который поставляется в виде намотанных нитей или гранул.

Совместная конфигурация

Большинство сварных соединений рассчитаны на один проход, но для листов толщиной более 30 мм потребуется несколько проходов. Поскольку большинство проходов рассчитано на выполнение за один проход, экструзионная сварка обычно занимает меньше времени по сравнению с другими процессами сварки пластмасс, особенно с ее предшественницей, сваркой горячим газом. ^{[ 1 ]}

Совместный дизайн включает в себя:

Стыковые соединения
- Одиночный-V
- Двойной V
Т-образные соединения
Соединения внахлест

Стыковые соединения выполняются одно- или двух-V-образными с углом 45-90 ° и корневым зазором 0-2 мм. При сварке двойной V-образной канавки сварку необходимо выполнять минимум за два прохода.

Т-образные соединения обычно имеют одинарный скос 45–60 ° и корневой зазор 0–2 мм. ^{[ 1 ]}

Также возможны соединения TYK для трубопроводов и угловых сварных швов.

Приложения

Экструзионная сварка — привлекательный процесс для применений, в которых используется ее способность быстро сваривать толстые секции. Для некоторых применений, особенно там, где имеются детали большой геометрии, где более традиционные методы сварки пластмасс (например, сварка горячей пластиной ) невозможны, экструзионная сварка является единственным возможным и экономичным вариантом. В частности, распространенными сферами применения являются резервуары для жидких отходов, коррозийных материалов, водоснабжения. Если достигнуто герметичное соединение, экструзионную сварку можно использовать и для гидроизоляции. ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Материалы

Экструзионная сварка добилась наибольшего успеха при сварке различных типов полиолефинов . ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}

Обычными материалами, свариваемыми с помощью этого процесса, являются:

Полиэтилен (ПЭ), в частности полиэтилен высокой плотности.
Полипропилен (ПП)
Поливинилхлорид (ПВХ)
Поливинилиденфторид (ПВДФ)

Оборудование

Хотя существуют различные виды оборудования для экструзионной сварки, каждая установка для экструзионной сварки содержит три основных компонента: ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 6 ]}

Экструдер

Экструдер — это часть установки, которая фактически подает экструдат через систему. Настройка экструдера зависит от того, находится ли экструдат в форме гранул или намотанных прядей. При использовании намотанных прядей катушка подается через трубку в сварочную головку, а затем выходит через башмак. Когда гранулы используются для экструдата, они подаются в бункер, затем нагретый спиральный экструдер проталкивает их через сварочную головку и наружу через башмак в виде расплавленного присадочного материала. Гранулы можно использовать только при сварке в плоском или горизонтальном положении.

Лучистый источник тепла

В большинстве случаев источником лучистого тепла будет горячий воздух. Воздух нагревается и продувается через сопло, которое является частью установки сварочной головки. Доступны сопла различной геометрии, и сварщик может выбрать определенное сопло в зависимости от конфигурации соединения. Хотя существуют насадки общего назначения, некоторые насадки обеспечивают более тщательный или более целенаправленный нагрев определенного типа соединения. Хотя для предварительного нагрева обычно используется горячий воздух, иногда для предварительного нагрева поверхности фасада используются галогенные лампы. ^{[ 1 ]}

Сварочный башмак

Сварочный башмак представляет собой матрицу в конце подачи, через которую экструдируется присадочный материал. Обычно обувь изготавливается из политетрафторэтилена (ПТФЭ) из-за его антипригарных свойств. Сварочные башмаки бывают различных форм и размеров в зависимости от конструкции свариваемого соединения. Сварочный башмак также будет иметь направляющие ниппели, которые предотвращают течение расплавленного экструдата в нежелательном направлении.

Параметры сварки

Существует несколько основных параметров сварки, каждый из которых по-разному влияет на процесс сварки. Некоторые из них зависят от сварщика, тогда как другие можно настроить на аппарате до начала сварки. Хороший баланс каждого параметра является ключом к получению прочных и эстетичных сварных швов. Автоматизация или навыки опытного сварщика в сочетании с правильно установленными параметрами позволят получить стабильные и воспроизводимые сварные швы. ^{[ 2 ]}

Скорость сварки

Скорость сварки или скорость перемещения — это скорость, с которой сварной шов движется вниз по сварному соединению. В автоматизированной системе скорость сварки можно установить до начала работы машины. При ручной настройке скорость перемещения будет зависеть от сварщика. Если скорость движения слишком высока, присадочного материала будет недостаточно, что приведет к образованию небольшого сварного вальца. Слишком быстрое движение также может не дать достаточно времени для обеспечения достаточного тепла прилегающих поверхностей. Это приведет к плохой адгезии экструдата к прилегающей поверхности. Такая плохая адгезия приводит к плохой прочности свариваемой детали. И наоборот, если скорость движения слишком низкая, то будет нанесено слишком много присадочного материала, что приведет к неэстетичному сварному шву и потенциальному образованию заусенцев, которые затем необходимо будет удалить. ^{[ 6 ]}

Положение сварочной головки

Положение сварочного пистолета важно для обеспечения нанесения экструдата в нужной области. При использовании ручной системы сварщику необходимо убедиться, что сварочная головка направлена правильно. Если между пистолетом и швом имеется несовпадение, материал не будет нанесен на нужную область. Чтобы облегчить работу сварщика, сварочный башмак будет иметь специальную форму для заданной геометрии соединения, чтобы его положение сохранялось на протяжении всей сварки. ^{[ 6 ]}

Температура экструдата

Температура экструдата будет установлена на экструдере перед началом сварки. Температура должна быть достаточно высокой, чтобы экструдат был достаточно жидким и течь, но не настолько высокой, чтобы полимерный наполнитель начал химическое разрушение. Идеальная температура экструдата будет зависеть от того, какой полимер используется. ^{[ 1 ]}

Скорость воздушного потока и температура воздуха

Исследования показали, что скорость воздушного потока и температура являются двумя основными факторами, влияющими на сопротивление ползучести сварных деталей. Это связано с тем, что скорость воздушного потока и температура воздуха являются двумя основными факторами в формировании слоя расплава перед сваркой. Слой расплава представляет собой слой расплавленного полимера поверх облицовочной поверхности. Когда слой расплава достигает идеальной для сварки толщины, предел ползучести сварных швов резко возрастает. Однако, как и в случае с температурой экструдата, идеальная температура и скорость воздушного потока для основного материала будут зависеть от того, какой полимер сваривается. Кроме того, воздушный поток может изменяться в зависимости от формы сопла. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]}

Скорость экструзии

Скорость экструзии показывает, сколько экструдата фактически переносится в шов в любой момент времени. Наряду с температурой экструдата и скоростью/температурой воздушного потока, скорость экструзии должна быть сбалансирована для достижения идеальных свойств сварного шва. Если материала будет добавлено недостаточно, то полного сращения соединения не произойдет. И наоборот, если добавлено слишком много наполнителя, существует вероятность образования заусенцев или острых точек на кончиках сварного колпачка. Они будут действовать как концентраторы напряжений и резко снижать прочность сварного шва как при динамической, так и при усталостной нагрузке. ^{[ 5 ]}

Преимущества и недостатки

Преимущества

Основное преимущество экструзионной сварки заключается в том, что с ее помощью можно добиться очень высокой скорости нанесения присадочного материала в шов, что сокращает время цикла. По сравнению со сваркой горячим газом, которая представляет собой процесс сварки полимеров, который может иметь множество одинаковых применений, время выполнения сварного шва сокращается в 5-6 раз. ^{[ 1 ]}

При правильных параметрах места сварки фактически не будут самой слабой частью данной изготовленной полимерной детали. ^{[ 5 ]}

Поскольку многие основные параметры сварки предварительно заданы на аппарате, можно получить стабильно высокое качество сварных швов.

Недостатки

При использовании ручной экструзионной сварки сварщик должен обладать определенными навыками для получения качественных сварных швов. Это особенно актуально при сварке в вертикальном или потолочном положении. Кроме того, ручная машина может весить до 12 кг, что окажется громоздким. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Справочник по сварке пластмасс и композитов . Хансер. 2003. стр. 91–108. ISBN 1-56990-313-1 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Справочник по соединению пластмасс: Практическое руководство . Норидж, Нью-Йорк: Тротон. 2008. стр. 73–79. ISBN 978-0-8155-1581-4 .
^ Jump up to: ^а ^б Мишель, П. (15 октября 1989 г.). «Анализ процесса экструзионной сварки». Полимерная инженерия и наука . 29 (19): 1376–1381. дои : 10.1002/pen.760291908 .
^ Jump up to: ^а ^б Гехде, Майкл (1997). «Экструзионная сварка полипропилена». Сварка в мире . 39 : 279–285.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Геде и Эренштейн, Майкл и Готфрид (15 апреля 1991 г.). «Структура и механические свойства оптимизированных экструзионных сварных швов». Полимерная инженерия и наука . 31 (7): 495–501. дои : 10.1002/pen.760310705 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сварщик для экструзии пластика, Австралия — Как сваривать пластик с помощью аппарата для экструзии пластика . Ютуб . Архивировано из оригинала 8 декабря 2021 г.

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Справочник по сварке пластмасс и композитов . Хансер. 2003. стр. 91–108. ISBN 1-56990-313-1 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Справочник по соединению пластмасс: Практическое руководство . Норидж, Нью-Йорк: Тротон. 2008. стр. 73–79. ISBN 978-0-8155-1581-4 .

[:2-3] Jump up to: ^а ^б Мишель, П. (15 октября 1989 г.). «Анализ процесса экструзионной сварки». Полимерная инженерия и наука . 29 (19): 1376–1381. дои : 10.1002/pen.760291908 .

[:3-4] Jump up to: ^а ^б Гехде, Майкл (1997). «Экструзионная сварка полипропилена». Сварка в мире . 39 : 279–285.

[:4-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Геде и Эренштейн, Майкл и Готфрид (15 апреля 1991 г.). «Структура и механические свойства оптимизированных экструзионных сварных швов». Полимерная инженерия и наука . 31 (7): 495–501. дои : 10.1002/pen.760310705 .

[:5-6] Jump up to: ^а ^б ^с Сварщик для экструзии пластика, Австралия — Как сваривать пластик с помощью аппарата для экструзии пластика . Ютуб . Архивировано из оригинала 8 декабря 2021 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]