Способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением

ОП ИСАНИЕ ,870164ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистичесиикРеспубиии. К 9 С удврстаакаи каиита СССР айвам иаабратевиХ и вткрытвХ.Н. Могил ический завод литехнический 1 ;", ",м(71) Заявители и ремо рцен институт ВСТЫК ТЕРМОПЛАСТИЧНЬРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕ 54) СПОСОБ СВАР МАТЕРИАЛОВ ния не представляется возли же листы располагать ик иожным ительно друга с достаточзором, то при последующемих (после оплавлении кромивается совпадение торцоине шва и не достигаетсяе прижатие кромок друг к друг откосбольшим засдвиганиине обеспечпо всей длравномернодругу.Наиболе к лизким к изобретению пс тся венен тонколистовых широалов, например полиинолеума, Это свяехнологический зазор.листами линолеума у (порядка 0,8-1,2 мм), водить в него источдля сварки встыккополосных матервинилхлоридногозано с тем, чтомежду свариваемымиЮмалую ширин инеимеетвследс е чег Изобретение относится к области сварки пластмасс, а именно к способам сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением.Известен способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным из-лучением, при котором источник излучения вводят в зазор между кромками соединяемых деталей, например труб,. нагревают кромки с помощью излучения до вязкотекучего состояния, затем источник излучения выводят, после чего оплавленные кромки прижимают торцами друг к другу (осаживают), формируя тем самым шов 11 1.Недостаток способа заключае том, что он не может быть прим технической сущности и достигаемому результату является способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением, включающий на грев соедИняемых кромок до вязкоекучего состояния, сдавливание их и формирование шва путем заглаживаннн сваренных кромок 21.Недостатком указанного способа является относительно низкая пр ность получаемого сварного соед ния. Это обусловлено тем, что при нагреве кромок по данному способу их торцы не оплавляются (поскольку они15 Листы линолеума 1, 2 расстилаютна твердом основании 3 параллельнодруг другу с зазором шириной 0,81,2 мм между их торцами, На кромки затеняют друг друга), вследствиечего сварной шов получается односторонниъ, В,процессе заглаживания оплавленных верхних краев кромок расплав частично продавливается в нижнюю часть стыка, однако достаточно прочного соединения не получается,так как нижние края кромок находятся (при небольшой толщине материала)в слегка размягченном (эластичном) 10состоянии, что не обеспечивает Формирование в шве однородной и, следовательно, прочной структуры. Крометого, при значительной толщине листов материала (4-5 мм и более) награнице раздела поверхности слоевкромок образуются несплошности (воздушные включения), что также снижаетпрочность соединения.Целью изобретения является повышениепрочности сварного соединения.Укаэанная цель достигается тем, чтов способе сварки встык термопластичныхматериалов инфракрасным излучением,включающем нагрев соединяемых кромокдо вязкотекучего состояния, сдавливание их и формирование шва путем заглаживания сваренных кромок, в процессесдавливания кромок расплав в зоне шваприводят в объемно-колебательное движе 30ние путем сообщения кромкам метнических колебаний навстречу друг другу в направлении их сдавливания и одховременно в направлении, перпендикулярном к поверхности .материалов состороны их нагрева, а заглаживаниесваренных кромок производят при наложении на них механических колебанийв перпендикулярном к поверхности материалов направлении.Перед сдавливанием торцы кромокприводят в колебательное движение друготносительно друга в плоскости стыка.Такое осуществление способа обеспечивает равномерный нагрев стыка соединяемых материалов по толщине, что 45повышает прочность сварного соединения,На Фиг. 1 г 4 схематически пооперационно изображен процесс сварки термопластичных материалов (на примере 50поливинилхлоридного линолеума).Способ сварки встык термопластичных материалов заключается в следующем,листов накладывают полоску технологической (антиадгезионной) пленки 4 из целлофана или фторопласта. Зонунагрева материала ограничивают продолговатой металлической пластиной 5, располагаемой вдоль стыка. Одновременно пластину 5 используют в качестве прижимного элемента, обеспечивающего выравнивание кромок и равномерное их .прилегание к ососнованию 3.На состыкованныекромки листов 1 и 2 направляют концентрированный поток инфракрасного излучения (фиг. 1) с помощью которого производят нагрев материала в зоне, ограниченной пластиной 5. При этом кромки листов на участках шириной 10-15 мм по обе стороны от стыка размягчаются (т.е. материал в зоне нагрева переходит в эластическое состояние), а верхние края кромок оплавляются (материал на краях кромок шириной порядка 5 мм переходит в вязкотекучее состояние). Оплавленные края слегка вспучиваются и под действием обжимающих усилий, создаваемых пластиной 5 и пленкой 4, сближаются (Фиг.2)Пластину 5 и поток лучей плавно перемещают вдоль стыка, одновременно с этим производя сдавливание ( осадку) размягченных участков кромок боковыми поверхностями радиусной проточки на катке 6 (фиг. 3), При этом на стыке в зоне Формирования шва образуется валик оплавленного материала.В процессе сдавливания (осадки) кромок расплав в зоне формирования шва посредством катка 6 приводят в сложное, объемно-колебательное движение. Каток, совершая колебания в перпендикулярном к поверхности листов направлении, например с частотой 50-100 Гц, периодически сжимает своими крайними выпуклыми частями удаленные от стыка участки кромок. Могут быть использованы также колебания ультразвукового (20-50 кГц) или низкочастотного (порядка 5-10 Гц) диапазонов. Частота и амплитуда колебаний выбирается в зависимости от .реологических свойств свариваемого материала, толщины листов и условий сварки (применения защитной пленки, наличия зазора между торцами листов, загрязненности материала и др.)Поскольку удаленные от стыка участки кромок находятся в эластическом состоянии и, следовательно, обладают упругостью, то периодическое сжатие8701 их в поперечном направлении трансформируется внутри материала в колебательное движение его слоев и макромолекулвпродольном направлении(перпенщдикулярном к торцевым поверхностям листов). В результате зазор между торцами листов периодически сужается и расширяется, за счет чего ускоряется перетекание расплава полимера из верхней части стыка в нижнюю и вытес нение из него воздушных включений.Одновременно с этим каток 6, сдавливая валик оплавленного материала .с боков своей средней, вогнутой часть, сообщает колебательные движения поверхностным слоям расплава. Эти колебательные движения, задаваемые в вертикальном направлении, в силу вогнутости указанной рабочей части катка .преобразуются в колебания расплава в направлениях сдавливания (осадки) кромок (фиг. 3), чему способствует также текучесть расплава. Вместе с тем в целом расплав в зоне формирования шва под действием катка 6 колеблется в направлении, перпендикулярном направлению осадки. Вследствие .описанного объемно- колебательного движения расплава соз даются благоприятные условия для взаимопроникновения макромолекул и элементарных объемов полимера через границу раздела поверхностных слоев на торцах кромок под действием прилагае- З 5мых внешних сил. При этом колебаниемакромолекул и частиц полимера в направлениях сдавливания кромок навстречудруг другу, т.е. в горизонтальныхплоскостях, способствует проникновению между ними макромолекул и частициз верхних слоев расплава под действием вертикальных составляющих внешнихсил, а колебание макромолекул и частиц в направлениях, перпендикулярных 45направлениям сдавливания, т.е. в вертикальных плоскостях, обеспечивает ихвзаимопроникновение под действием горизонтальных составляющих внешних сил,Йаправленных в зоне формирования шванавстречу друг другу. В результатеулучшается и ускоряется перемешиваниерасплава, материал уплотняется, болееинтенсивно и полно удаляются из негонесплошности воздушные Включения)Благодаря этому образуется сварное соединение с более однородной структурой, эа счет чего повышается прочностьшва. 64 6Ускоренное перетекание расплава по. лимера из верхней части стыка в ниж нюю при осадке кромокприводит к оплавлению тонкого поверхностного слоя материала на торцах листов (поскольку расплав при быстром поступлении в:зазор между торцами не успевает охладиться).,Вследствие этого улучшается схватывание расплава с основным материалом в нижней части стыка, что также повышает прочность соединения,Заглаживание кромок также произво. дят при наложении на формируемый шов механических колебаний цилиндрическим катком 7. На этом этапе сварки их задают в перпендикулярном к поверхности листов направлении непосредственно в зоне стыка (фиг. 4), за счет чего ускоряется уплотнение шва и происходит частичное проникновение расплава в тканевую основу линолеума с тыпьной стороны, что дополнительно упрочняет соединение. При сварке материалов, не имеющихтканевой основы, интенсивно продавливаемый в зазор и тут же уплотняемыйза счет колебаний расплав дополнительно разогревают и соединяют нижние края кромок, образуя практически двусторонний шов.В некоторых случаях, например при сварке листов (деталей), состыкован- ных без технологического зазора между их торцами или с очень узким зазором (до 0,5-0;8 мм), перед сдавливанием кромок целесообразно приводить в колебательное движение друг относительно друга и плоскости стыка. За счет этого образующийся при нагреве на краях кромок валик вспученного и частично сварившегося материала (фиг, 2) разрушается, что в дальнейшем (в процессе сдавливания кромок) дает возможность расплаву беспрепятственно проникать в нижнюю часть стыка. Этот прием следует применять также при сварке материалов, имеющих свойство значительно расширяться при нагреве, вследствие чего технологический зазор может оказаться перекрытым. Для сообщения торцам кромок относительных колебаний в плоскости стыка может быть использован, например, специальный дополнительный ролик с радиусной проточкой посередине, устанавливаемый перед сдавливающим.роликом 6 с возможностью качания оси в плоскости, перпендикулярной к плоскости стыка.870164 Предлагаемый способ обеспечивает повышение грочности шва на 20-253, Наряду с этим интенсификация реологических процессов в зоне формирования шва дает воэможность проводить сварку более ускоренно. За счет этого производительность сварки увеличивается в 1,2-1,5 раза. В ряде случаевЭнапРимер при сварке тонколистовых материалов и материалов, обладающих относительно небольшой вязкостью в расплавленном состоянии, применение описанного способа сварки, обеспечивающего интенсивное перемещивание расплава, позволяет на 1 ОЕ уменьшить мощность нагрева с помощью ИК-излучения. Это, во-первых, дает возможность снизить энергоэатраты на производство сварочных работ, и вовторых, повысить долговечность источников ИК-излучения. Ускоренное перемешивание расплава при сварке термопластов, имеющих узкий интервал вяэкотекучего состояния, исключает термодеструкцию перемещения слоев материала под действием ИК-излучения, что позволяет расширить диапазон варьирования режимов сварки температура нагрева и скорости перемещения источников ИК-излучения). Это облегчает выполнение сварочных работ и подбор требуемого режима в зависимости от свойств материала и условий сварки. 8Формула изобретения1, Способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением, включающийнагрев соединяемыхкромок до вязкотекучего состояния,сдавливание их и формирование шва путем заглаживания сваренных кромок,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения прочности, сварного10 соединения, в процессе сдавливаниякромок расплав в зоне шва приводятв объемно-колебательное движение путем сообщения кромкам механическихколебаний навстречу друг другу в на-,1 Б правлении их сдавливания и одновременно в направлении, перпендикулярном к поверхности материалов со стороны их нагрева, а заглаживание сва-ренных кромок производят при наложении на них механических колебаний в20перпендикулярном к поверхности материалов направлении,2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, перед сдавливанием торцы кромок приводят в колебательное движение друг относительно друга в плоскости стыка,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе30 1. Зайцев К.И, и др. Сварка пластмасс, М фИашиностроеиие", 1979,2. авторское свидетельство СССРУ 238772, кл. В 29 С 27/06, 1968прототип).в тени 4 Х х Бужгород, ул. Проектная, 4 гРедактор Н. Потап Заказ 8810737 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035 Москва Филиал ППП 1 Патетавитель Н. Еред Т,Маточка аж 697 о комитета СС и открытий Ра шская наб.