Сварка горячим газом

Сварка горячим газом — это ручной процесс сварки пластмасс для соединения термопластичных материалов. Горячий газ используется для направления горячего воздуха как на поверхность соединения, так и на сварочный стержень, нагревая материалы до температуры их размягчения. Приложение давления на нагретый сварочный стержень к поверхности соединения соединяет материалы вместе, образуя готовый сварной шов. Этот метод нелегко автоматизировать, и он в основном используется для ремонта или индивидуального производства небольших или сложных компонентов.

Техника сварки

При сварке горячим газом используются два распространенных метода сварки: ручная сварка и скоростная сварка. Прихваточная сварка может использоваться для установки компонентов в положение для выполнения фактического процесса сварки.

Ручная сварка

Ручная сварка — это метод, при котором сварщик непосредственно прикладывает сварочный стержень к соединению. Это также называется ручной сваркой или веерной сваркой . ^{[ 1 ]} Горячей газовой горелкой управляют одной рукой, чтобы быстро последовательно нагревать как сварочный стержень, так и поверхности соединения маятниковым способом. Давление подается на сварочный стержень и контролируется вручную без помощи сопла. Этот метод подходит для большинства конфигураций и может быть полезен для сварки узких, ограниченных участков или сложных конструкций соединений, поскольку применение сварочного стержня ограничивается только достижимыми положениями сварки.

Скоростная сварка

Для скоростной сварки используется специально разработанное сопло, которое позволяет горелке с горячим газом и сварочному стержню быть единой системой. Насадка облегчает подачу сварочного стержня в соединение через подающую трубку. Сопло равномерно нагревает материал сварочного стержня и позволяет контролировать давление. Нижняя часть насадки предназначена для нагрева поверхности соединения и направления сварочного стержня в паз. Насадки изготавливаются для подающих трубок с учетом конкретных форм и размеров сварочных стержней и доступны для круглых или треугольных стержней обычных размеров. Использование скоростной сварки ограничено случаями простой конструкции и ориентации соединения из-за размера сопла и маневренности системы. ^{[ 1 ]}

Параметры процесса

Температура газа, давление нанесения, скорость перемещения сварного шва, расход газа и ориентация горелки — все это влияет на целостность и механические свойства готового сварного шва. Температура газа и скорость потока являются контролируемыми параметрами на основе входных данных системы. Давление приложения, скорость перемещения сварного шва и ориентация горелки зависят от оператора, выполняющего сварку. Эти параметры взаимосвязаны и все оказывают существенное влияние на конечное качество сварного шва.

Температура газа и скорость потока

Температура газа — это контролируемый входной параметр, точность которого следует контролировать до начала процесса сварки. Температуры горячего газа выбираются выше температуры плавления материала или температуры стеклования . Требуется достаточная температура для преодоления энергии активации материалов, что приводит к снижению вязкости и увеличению текучести для поддержки диффузии через поверхность сварного шва. Длительное воздействие повышенных температур, превышающих рекомендации производителя материала, может привести к окислению, деформации или молекулярному разрушению, что может привести к разрушению соединения. ^{[ 2 ]} Калибровку и проверку выходных данных следует выполнять после того, как температура газа в сварочной горелке стабилизируется. Форсунки Speed Tip фокусируют тепло непосредственно на соединении в определенной области, что приводит к эффективной передаче тепла к поверхностям сварного шва. Если не поддерживать достаточную скорость перемещения сварного шва, рекомендуемые температуры сварки над стеклом или температуры плавления материала в этих зонах сварки могут быть превышены и привести к дефектам. ^{[ 1 ]}

Тепловое расширение в процессе сварки может привести к деформации и развитию дефектов сварного шва, если компоненты детали не закреплены должным образом. Также следует учитывать материал рабочей поверхности, чтобы избежать потерь тепла, которые могут привести к недостаточному проникновению или несплавлению из-за недостаточного нагрева соединяемых поверхностей. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Для поддержания адекватного и равномерного нагрева сварочных стержней и поверхностей соединений необходим достаточный расход горячего газа. Скорость потока можно контролировать с помощью воздуходувки или воздушного компрессора. Во избежание загрязнения сварного шва подаваемый горячий газ должен быть очищен от влаги и примесей. Воздуходувку или компрессор подходящего размера можно использовать для нескольких горелок с горячим газом, если одна из них не встроена в отдельный сварочный пистолет. ^{[ 1 ]}

Энергия сварки

Энергия сварки, передаваемая на поверхность сварного шва во время сварки горячим газом, может быть использована для прогнозирования общей прочности готового соединения. Энергия сварки ( E _w ) определяется с использованием температуры газа и скорости потока по следующему соотношению:

$E_{w}={\frac {c_{p}{\bigl (}T_{2}-T_{1}{\bigr )}q_{v}\rho }{S_{w}}}$

где параметры горячего газа включают удельную теплоемкость ( c _p ), начальную и конечную температуру ( T ₁ и T ₂ соответственно), объемный расход ( q _v ) и плотность ( $\rho$ ). Эти свойства делятся на скорость перемещения сварного шва ( S _w ). ^{[ 2 ]} Исследования, проведенные на полукристаллических материалах, показывают, что чем выше затрата сварочной энергии на поверхность, тем выше прочность соединения. ^{[ 2 ]} Высокая энергия сварки связана с более низкой вязкостью поверхности сварки. Менее вязкая поверхность обеспечивает повышенную диффузию через поверхность сварного шва, что приводит к более прочному сварному шву, тогда как более высокая вязкость не поддерживает диффузию так легко и может привести к снижению прочности соединения. ^{[ 3 ]}

Свойства горячего газа различаются в зависимости от типа среды, используемой для сварки. В большинстве случаев используется воздух. В некоторых случаях производитель материала может рекомендовать использование других типов горячего газа, например углекислого газа или азота, если при других условиях сварки может присутствовать потенциальный риск для здоровья и безопасности. ^{[ 1 ]}

Давление

Давление нанесения влияет на общую провариваемость сварного шва и качество соединения. Давление подается вручную либо непосредственно через сварочный стержень, либо к соплу скоростного наконечника. ^{[ 3 ]} Техника сварки и конструкция соединения влияют на величину давления, передаваемого на сварной шов.

Недостаточное давление может привести к пористости поверхности сварного шва, плохой смачиваемости и отсутствию дефектов сварки. Горячий газ может задерживаться между сварочным стержнем и поверхностью соединения, что приводит к образованию пор. Одним из способов уменьшить наличие пор является создание корневого зазора как части конструкции соединения, через который могут выходить горячие газы. ^{[ 2 ]} Непроплавленные участки сварного шва и наличие пор могут существенно снизить общую прочность соединения.

Приложение давления может быть менее эффективным при ручной сварке по сравнению с использованием скоростного наконечника; однако оба зависят от навыков оператора. Конструкции двойных V-образных соединений хорошо подходят для выдерживания более высокого эффективного сварочного давления по сравнению с одинарными V-образными соединениями и менее склонны к дефектам сварки. ^{[ 2 ]}

Скорость перемещения сварного шва

Свойства материала свариваемых компонентов, температура горячего газа, размер сварочного стержня и используемая технология — все это влияет на скорость перемещения сварного шва. Из-за ручного характера сварки горячим газом этот процесс обычно медленнее, чем другие методы сварки термопластов. Более высокую скорость перемещения сварного шва можно получить, используя скоростной наконечник. Локализация высокотемпературного газа на поверхности сварного шва позволяет термопластам быстрее нагреваться и легче течь, что приводит к увеличению скорости сварки. ^{[ 2 ]} Слишком высокая скорость сварки может растянуть сварочный стержень, что приведет к неравномерному заполнению шва и снижению общей прочности сварного шва. Если скорость слишком низкая, это может привести к повреждению сварного шва из-за длительного воздействия высокой температуры.

Ориентация факела

Угол ориентации сварочной горелки и сварочного стержня зависит от метода сварки, материала стержня и конструкции соединения.

Скоростная сварка

Чтобы обеспечить постоянное давление, сохраняя при этом правильное выравнивание канавки соединения во время сварки наконечником, рекомендуется, чтобы сварщик располагал рукоятку под пистолетом с горячим газом. Достаточный проплавление и качество сварки достигаются, когда на сварочный стержень слегка давят при его подаче через трубку подачи и одновременно поддерживается тянущее движение вниз с постоянной скоростью перемещения на протяжении всего сварочного прохода. ^{[ 1 ]}

Ручная сварка

При ручной сварке ориентация сварочного стержня относительно канавки зависит от материала. Рекомендуемые углы сварного стержня установлены для материалов, рассчитанных на достижение должного провара без появления дефектов и дополнительных напряжений в соединении. Точное позиционирование приведет к появлению видимого эффекта « дуговой волны » у корня сварного шва, указывающего на то, что произошла диффузия через границу сварного шва. Неправильный угол может привести к неравномерному нагреву и дефектам сварки или недостаточному давлению для получения прочного соединения. ^{[ 1 ]}

Квалификация сварщика

В промышленности процессы сварки горячим газом успешно выполняются обученными и квалифицированными операторами, сертифицированными в соответствии со стандартами EN 13067 или AWS B2.4. ^{[ 3 ]} EN 13067 — это международный стандарт квалификации сварщиков сварных узлов из термопластов, который включает методы и процессы сварки горячим газом. Американское общество сварщиков (AWS) опубликовало AWS B2.4 в качестве американского стандарта квалификации процедур и производительности сварки термопластов. Эти стандарты подробно описывают правильную технику и конструкцию соединений, которые следует использовать в различных ситуациях сварки.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Справочник по соединению пластмасс: Практическое руководство . Тротон, Майкл Джон (2-е изд.). Норидж, Нью-Йорк: Уильям Эндрю. 2008. ISBN 9780815515814 . OCLC 302420421 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Балканский, Онур; Демирер, Халил; Эздешир, Айхан; Йылдырым, Хусейн (1 апреля 2008 г.). «Влияние сварочных процедур на механические и морфологические свойства листов ПЭ, ПП и ПВХ, сваренных горячим газом встык». Полимерная инженерия и наука . 48 (4): 732–746. дои : 10.1002/pen.21014 . ISSN 1548-2634 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Марцис, Б.; Цыгани, Т. (2006). «Взаимосвязь параметров сварки горячегазосвариваемого полипропилена». Полимерная инженерия и наука . 46 (9): 1173–1181. дои : 10.1002/pen.20570 .

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Справочник по соединению пластмасс: Практическое руководство . Тротон, Майкл Джон (2-е изд.). Норидж, Нью-Йорк: Уильям Эндрю. 2008. ISBN 9780815515814 . OCLC 302420421 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[:2-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Балканский, Онур; Демирер, Халил; Эздешир, Айхан; Йылдырым, Хусейн (1 апреля 2008 г.). «Влияние сварочных процедур на механические и морфологические свойства листов ПЭ, ПП и ПВХ, сваренных горячим газом встык». Полимерная инженерия и наука . 48 (4): 732–746. дои : 10.1002/pen.21014 . ISSN 1548-2634 .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б ^с Марцис, Б.; Цыгани, Т. (2006). «Взаимосвязь параметров сварки горячегазосвариваемого полипропилена». Полимерная инженерия и наука . 46 (9): 1173–1181. дои : 10.1002/pen.20570 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]