Способ сварки трением деталей из полимерных материалов

О П И С А Н И Е973383ИЗОБВЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М. Кл.з В 29 С 27/08 Государственный номнтет Опубликовано 15.11.82. Бюллетень42Дата опубликования описания 25.11.82(53) УДК 678.029. 433 (088.8) ло делам нзобретеннй н открытий(72) Авторы изобретения скии з эточпр Омскииочных 71) Заявител Элек пектрических прибо 54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВэкая твие емых Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к способам сварки трением деталей из полиамидов.Известен способ сварки трением полимерных материалов, включающий операции разогрева деталей при относительном движении под действием сварочного давления с последующим прекращением относительного движения и охлаждения сваренных деталей под этим давлением 1 .Недостатком способа является ни прочность сварочного соединения вследс недостаточного усилия сжатия сварива деталей в процессе охлаждения.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ сварки трением деталей из полимерных материалов, включающий разогрев свариваемых поверхностей деталей путем их относительного движения под действием сварочного давления с последующим увеличением давления при появлении расплава материала на соединяемых поверхностях, прекращение относительного движения деталей и охлаждение под давлением 12 . Недостаток указанного способа заключается в том, что он не обеспечивает высокую прочность сварного соединения вследствие того, что в процессе относительного движения соединяемых деталей происходит ориентация цепей макромолекул в направлении относительного движения, такая ориентация цепей макромолекул вызывает анизотропию механических свойств и внутренние напряжения в сварочном соединении.Кроме того, свойство полиамидов плавиться в узком интервале температур, практически не размягчаясь вплоть до температуры плавления, приводит к тому, что после расплавления маериала на свариваемых поверх ностях он под действием сварочного давления и относительного движения деталей вытесняется за пределы зоны сварки (в грат). При этом в контакт на свариваемых поверхностях постоянно вступают нерасплавленные слои материала, которые не образуют грочное сварное соединение, а в процессе прекращения относительного движения частично расплавленные слои материала переходят в твердое состояние раньше, чем происходит остановка относительного движения.973383 35 40 45 50 Так как прочность сварного соединения при температурах, близких к температуре плавления, низка, то под действием сдвигающих сил, вызванных устройствами привода относительного движения, происходит зарождение микротрещин или срез образовавшегося 5 сварного соединения.Цель изобретения - повышение прочности сварного соединения при сварке полиамидов.Поставленная цель достигается тем, что в способе сварки трением деталей из полимерных материалов, включающем разогрев свариваемых поверхностей деталей путем их относительного движения под действием сварочного давления с последующим увеличением давления при появлении расплава материала на соединяемых поверхностях, прекращение относительного движения деталей и охлаждение под давлением, одновременно с увеличением давления на свариваемые летали воздействуют импульсом ультразвуковых колебаний, который отключают пос ле прекращения относительного движения деталей.Ультразвуковые колебания, вводимые после образования на свариваемых поверхностях расплава материала, распространяясь по деталям, поглощаются в расплаве и способствуют равномерному нагреву материача по периметру сварного соединения и локальному разогреву материала по толщине.На фиг. 1 изображена циклограмма отно сительно движения; на фиг. 2 - циклограмма давления; на фиг. 3 - циклограмма амплитуды колебаний рабочего торца инструмента.Способ реализуется следующим образом.После установки свариваемых деалей на сварочное приспособление и их сжатия сварочным давлением Р 1 задают относительное движение деталей с относительной скоростью Ч Под действием относительного движения деталей, за время Т, происходит разогрев и плавление материалов на свариваемых поверхностях. В момент появления расплава на свариваемых поверхностях увеличивается давление сжатия деталей с Р, до Р и одновременно воздействуют импульсом ультразвуковых колебаний, в течение времени 7 у а затем прекращают относительное движение. После остановки деталей в течение времени Тхтпрекращают воздействие ультразвуковых колебаний и охлаждают сварочные детали под давлением сжатия Р 2 в течение времени ,охлаждения.Пример 1. Баллон для заправки газовых зажигалок емкостью 40 г в виде цилиндра с кольцевой формой соединяемых поверхнос 4тей, со средним диаметром 39 мм и шириной 4 сваривали сваркой трением с пропусканием импульса ультразвуковых колебаний частотой 17,9 кгц, амплитудой колебаний рабочего торца инструмента А = 50 10 фм и без пропускания импульса ультразвуковых колебаний.Режимы сварки и прочность сварного соединения Р (средняя) приведены в табл, Юо 1.Пример 2. Баллон для заправки газовых зажигалок емкостью 16 г в виде цилиндра с кольцевой формой соединяемых поверхностей со средним диаметром 28 мм и шириной 3 мм сваривали сваркой трением с пропусканием импульса ультразвуковых колебаний частотой 17,9 кГц, амплитудой колебаний рабочего торца инструмента А= 35 10 м и без пропускания импульса ультразвуковых колебаний.Режим сварки и прочность сварного соединения (средняя из 1 О образцов) приведены в табл. Мо 2.Из приведенных в таблицах данных видно, что прочность сварного соединения при сварке с наложением ультразвукового импульса значительно выше прочности сварного соединения, полученного без наложения ультразвукового импульса.Повышение прочности сварного соединения достигается за счет того, что в процессе сварки, после образования на свариваемых поверхностях расплава материала, ультразвуковые колебания, распространяясь по деталям, поглощаются в этом расплаве и способствуют равномерному нагреву материала по периметру сварного соединения и локальному разогреву материала по толщине.Под действием ультразвуковых колебаний происходит механическое перемешивание расплава материалов, что приводит к дезориентации цепей макромолекул в зоне соединения, а следоватьво исключает анизотропию механических свойств сварного соединения и практически полностью устраняет внутренние напряжения. Кроме того, в процессе прекращения относительного движения деталей, под действием ультразвуковой энергии в сварном стыке поддерживается температура выше температуры плавления материала, а следовательно, в процессе остановки относительного движения деталей не происходит зарождения микротрещин или среза сварного соединения.Путем повышения прочности сварного соединения с 40 - 50/, до 60 - 80/о от прочности основного материала можно уменьшить толщину стенки баллона на 1 - 1,5 мм, что приводит к экономии 2 г капрона на одном баллоне. Экономический эффект составляет 2400 руб. в год."пл. с Р 2 н Режим спосо- ба С УЗ импульсом 8 40 2,2 0,2 1,5 Без УЗимпуль 4,0 38-50 (ср. 44) 40 2,2 0,2 1,5 са Таблица 2 Ч м/с Режим Р, нспосо- ба 7,лс Ррар. Р 2 н С УЗколеб, 6 60-80 (ср,72,2) 1,6 0,15 0,7 4,0 30 2,0 Без УЗколеб, 6 16 015 - 40 40-52 (ср. 46) 30 2,0 Формула изобретения 35Способ сварки трением деталей из полимерных материалов, включающий разогрев свариваемых поверхностей деталей за счет их относительного движения под действием сварочного давления с последующим увеличением давления при появлении расплава 40 материала на соединяемых поверхностях, прекращение относительного движения деталей и охлаждение под давлением, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения при сварке полиами 1,0 4,0 60-80 (ср,70) дов, одновременно с увеличением давления на свариваемые детали воздействуют импульсом ультразвуковых колебаний, который отключают после прекращения относительного движения деталей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. 1 Црадер В. Обработка и сварка полуфабрикатов из пластмасс. М., Машиностроение, 1980, с. 145 - 146.2. Тростянская Е. Б. и др. Сварка пластмасс, М., Машиностроение, 1967, с. 198 - 203 (прототип).Н. Елис ешетн 11303лиал Составитель Техред И. Вере Тираж 679 ИПИ Государственного по делам изобретений Москва, Ж - 35, Рау ПП Патент, г. Ужго