Способ ультразвуковой стыковой сварки деталей из полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 74, БОс 1)5 В 29 С 65/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСК ВИДЕТЕЛЬСТВУ Сварка пл967, с. 48 пластмасс. 18,ОИ СТЫКО ПОЛИМЕР сварке пластковой сварке астичных полель - повышетыковои сваратериалов эастичный мате- очных элеменГОСУДАРСТВЕН 1 ЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНГ СССР(54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКО ВОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ И НЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к масс, а именно к ультразв трубчатых деталей из термоп имернь 1 х материалов встык.Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к ультразвуковой сварке трубчатых деталей из термопластичных полимерных материалов встык,Цель изобретения - повышение качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике,На фиг.1 изображено расположение свариваемых деталей и присадочного материала относительно друг друга и рабочих торцов волноводов в аксонометрии перед сваркой; на фиг.2 - то же, поперечное сечение, перед включением ультразвука; на фиг.3 - то же, в процессе формования промежуточного трубчатого элемента; на фиг.4 - продольное сечение образующегося сварние качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике, Для этого в способе ультразвуковой стыковой сварки деталей из полимерных материалов при введении между соединяемыми поверхнос 1 ями деталей присадочного материала осуществляют линейный контакт его с металлическим сердечником, размещая присадочный материал с зазором относительно соединяемых поверхностей. При пропускании через присадочный материал ультразвука осуществляют формование из него вокруг металлического сердечника промежуточного трубчатого элемента с соеди 1 ением его продольных кромок и течение присадочного материала в продольном направлении на наружную поверхность трубчатых деталей, осуществляя ввод ультразвука в трубчатые детали через расплав присадочного материала, 6 ил,ного соединения перед выключением ультразвука; на фиг.5 - график зависимости диссипации (г) энергии от удаленности от центра металлического сердечникаГ - Го,где г, го, В - текущий внутреннийБо Гои наружный радиусы промежуточного трубчатого элемента соответственно; на фиг.6 - график распределения по длине промежуточного трубчатого элемента напряжения электрического пробоя сварного соединения,Способ ультразвуковой ски деталей из полимерных мключается в следующем.Присадочный термоплариал (фиг.1 и 2) в виде присад1 ов 1, образующих при укладывании на металлический сердечник 2 линейый геометрический контакт с ним, размещают сзазором между соединяеглыми г 1 оверхностями трубчатых де 1 длей 3, расположенныхна сердечнике 2. И качестве присадочныхэлементов 1 используют, ндприг:ер, призматические терглоплдстичные пластины илицилиндры в паре с цилиндрическим металлическигл сердечником, Присадочные злементы 1 сжимают между сварочнымиволноводами 4 и включают ультразвук.Вследствии того, что контакт присадочных элементов 1 в виде пласти 1 с сердечником 2 осуществля 1 от по линии, в этой зоневозникают, значительные напряжения ипроисходит преимущественный разогревее. Это, в свою оче дь, обусладлип 1 с плдстикацию присддочноо мзерид 1 зи формозание из него проглежуточноготрубчатого элемента 5 (фиг,З), При этом диссипация Я энергии в слоях. Ори 1дющих кметдлли ескому сорден 1 ку, нд 30-Оубол,шз, ем ь других зонах сед, ки (фиг,5),чо позволяет сохранить ггреимущес гвен.ный разогрев внутренних слоев присддочого ьлдгериалд,Кроме того, при сварке с зазорогл междуприсддо ными элеме гагли 1 и трубчатымидеталями 3 диссипация энергии распределяется всоответствии с кривой 6, в то время,как при сварке беэ зазора - в соответствиис кривой 7 (фиг.5).Таким образом, сварка с зазором, т,е.при отсутствии акустического кол акта между присадочными элементами 1 и трубчаты.ми деталягли 3 позволяет увеличитьдиссипацию энергии почти нд ЗОО, Образовавшийся на границе между присддочнымматериалом и сердечником 2 расплав 8(фиг,З) вытесняют в сторону продольныхшвов 9 проглежугочного трубчатого элемента 5 в направлегии, показанном стрелками10, Сварные соединения. соответствуощисэ 1 ому моменту, характеризуются непроварами в стыковых швд 11 между соединяеглыми деталями 3 и г 1 роглежуточнымтрубчатым элементом 5 (фиг.61, Это связанос 1 ем, что весь образующийся расплав 8быддВлиВдют В зону продольньх швов 9,Как видно из фиг,б, около 60 электрических пробоев приходится на с. Ькоеыешвы 11 (кривая 12 и 13), причем мдк".иг 1 дльная величина напряжения пробоя (0=20 кБ)составляет около 0,3 от напряжения пробоятрубчатой детали 3, Это свидетельствует оботсутствии герметичности в зоне стыковыхшвов 11.Чтобы избежать этого, часть расплаванакгпливаот в накопителе, образованном45 50 10 52530 35 карманами 14, выполненными на средней част бооых поверхнос гей, примыкающихк рабочим торцам волноводов 4, и щеками15, образующими с боковыми поверхностяьли Волноводов зазор 16 в виде капиллярнойщели (фиг.З), Формование производят одновременно со сваркой продольных швов 9 промежуточного трубчатого элемента 5. К этому моменту времени накопитель заполняюд плдвом 8 итаккакжидкостьнесжимдема, течение расплава в направлении 10 прекращают, поэтому дальнейшее формование промежуточного трубчатого элемента 5 сопровождается течением оставшейся часи расплава 8 вдоль металлического сердечника 2 внутри Формуемого промежуточного элемента 5 в сторону, показанную стрелками 17 фиг.4). Этим расплдвом заполняют стыки 11 между промежуточным труб етым элементом 5 и трубчатыигли деталями 3 и вытесняот его на наружную поверхость трубчатых деталей 3.В связи с этим дальнейшее введение ультразвука производят через вытекшийрэсплдв в т рубчатые летали 3, что обеспечивает дополнительно получеие между деталями 3 и промежуточным трубчатымэлементом 5 не только стыковых 11, но инахлесточных 18 соединегий, значительно повышающих качество сварного соединения в целом. Для получения хорошего перемешивания расплава трубчдтых деталей и присадочно о материалов в зоне нахлестки 18 выключение ультразвука производят послс определанного времени воздействия на основной мдтериал деталей 3 через расплав присадочного материала, вытекший на трубчатые детали. Это достигают за счеттого, что длину рабочих торцов воловодов4 и щек накопителя 15 выбирают существенно большей, чем расстояние между соединяеглыми трубчатыми деталями 3. При этом выключение ультразвука производят после появления натека 19 (фиг,4) расплава из-за боковых торцов волноводов, что устдндвливдют в простейшем случае визуально.П р и м е р, Сеаривают трубчатые детали иэ полиэтилена высокой плотности марки 204-07 К, 206-07 К с наружным диаметром 10,5 мм и внутренним диаметром 5 мм, расположенные на медном сердечнике диаметром 5 мм на расстоянии 30 мм одни от других. Б качестве присадочного материала используют призматические пластины из того же материала толщиной 8 мм, т,е. в 2,9 раза больше толщины трубчатых деталей, и длиной 28 мм так, что при укладке их нд медный сердечник между этими пластинами и трубчатыми деталями образуется зазор, 1669749Превышением толщины присадочных элементов по сравнению с толщиной трубчатыхдеталей обеспечивают избыток материала,расплав которого используют для сваркипродольных швов промежуточного трубчатого элемента, накапливание в накопителе,сварку стыков и образование нахлесточногосоединения промежуточного трубчатогоэлемента с трубчатыми деталями,Задание объема накапливаемого расплава обеспечивают размером карманов,выполненных на боковых поверхностях волноводов, примыкающих к рабочим торцамс зазором Ьмежду этими поверхностямии щеками накопителя. В данном случае 15размеры карманов выбирают 1,4 х 4 хб 0 иЬ,5 мм,Сварку производят с двустороннимподводом энергии, волноводами, имеющими профильные канавки, соответствующие 20необходимой форме промежуточного трубчатого элемента. Могут использоваться иволноводы с плоскими рабочими торцами. Вэтом случае наружный контур промежуточного трубчатого элемента имеет прямоугольную форму,Длину волноводов выбирают 100 мм,т,е. более, чем в три раза больше расстояниямежду соединяемыми трубчатыми деталями. Этим обеспечивают воздействие ультраэвука на трубчатые детали черезнатекающий на них расплав, что необходимо для образования нахлесточного соединения. Выключение ультразвукапроизводят по моменту появления расплава 35из-за боковых торцев волноводов, который,например, устанавливается визуально,В случае сварки трубчатых деталей сдругими геометрическими размерами размеры присадочных пластин, карманов, зазор и длины волноводов подбираютэкспериментально.Качество соединения оценивают двумя критериями: герметичностью и механи 45 ческой прочностью при изгибании вокруг барабанов различного диаметра,Герметичность сварных швов характеризуют величиной пробивного напряжения (О), приложенного между медным стержнем и токопроводящей жидкостью, в которую помещалось сварное соединение.При оценке механической прочности чем меньше диаметр (О) барабана, вокруг которого изгибают соединение, тем больше его прочность.Сварка по предлагаемому способу позволяет увеличить напряжение пробоя до значения, составляющего около 95 от основного материала. При этом даже при трехкратных загибах на барабане диаметром 10 мм разрушение соединения не происходит.Формула изобретения Способ ультразвуковой стыковой сварки деталей иэ полимерных материалов, включающий введение между соединяемыми поверхностями деталей присадочного материала и пропускание через него ультразвука, отличающийся тем,что,сцелью повышения качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике, при введении между соединяемыми поверхностями деталей присадочного материала осуществляют линейный контакт его с металлическим сердечником, размещая присадочный материал с зазором относительно соединяемых поверхностей, а при пропускании через присадочный материал ультразвука осуществляют формование из него вокруг металлического сердечника промежуточного трубчатого элемента с сОединением его продольных кромок и течение присадочного материала в продольном направлении на наружную поверхность трубчатых деталей, осуществляя ввод ультразвука в трубчатые детали через расплав присадочного материала, 16697491669749 гО О Р 1 Р.- г,Составитель Н, ЕлисеевРедактор В. Ковтун Техред М,Моргентал Корректор М. Кучеряв Заказ 2705 Тираж 381 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5