Принцип экструзионной сварки полимерными прутками

Статья основана на материалах, размещенyых на портале Пруток ру

Принцип сварки и устройство оборудования.

Экструзионная сварка применяется для сварки листов и пленки из термопластов. Изогнутые детали, радиус изгиба которых многократно превышает ширину шва и длину сварочного башмака, могут считаться листами и свариваться экструдером. В принципе, экструзионная сварка двух деталей заключается во впрыскивании расплавленного присадочного материала в зону сварки. Например, при взаимно перпендикулярном расположении двух листов присадочный материал впрыскивается в угол между ними, образуя т.н. шов K-типа.

Наиболее часто свариваются изделия из ПНД или ПП. ПВХ и ПВДФ — более жесткие материалы. ПВХ, кроме того, отличается неприятной особенностью — даже у материала с добавками «стабилизаторов» температура термодеструкции не намного превышает температуру пластификации. Поэтому для сварки ПВХ и ПВДФ используется экструдер со шнеком специальной формы, который более тщательно перемешивает материал в процессе его расплавления. Сварка ПВХ, кроме того, сопряжена с дополнительными ограничениями из-за температурной неустойчивости материала — в частности, экструдер не должен выключаться и вновь включаться в процессе сварки. Для сварки таких материалов идеально подходит ручной сварочный экструдер Dohle 2002 и Dohle 3007.

Схема работы классического сварочного экструдера следующая: поскольку зона сварки обязательно должна быть нагрета перед впрыскиванием присадочного материала, экструдер снабжен нагревателем воздуха. Горячий воздух подается в зону сварки через специальное сопло и нагревает свариваемые поверхности до вязко-текучего состояния. Температура воздуха регулируется специальным контроллером. Нагреватель воздуха может быть в форме термофена, т.е. иметь встроенный нагнетатель воздуха. Как вариант, экструдер может быть рассчитан на внешнюю подачу воздуха — от компрессора или пневмосети предприятия. Присадочный материал в форме сварочного прутка или гранул подается в экструдер. По такому принципу работают аппараты Leister: Fusion, Weldplast и Dohle.

Замечание: В принципе, материал свариваемых деталей и присадочный материал должны иметь одинаковый химический состав и показатель текучести расплава (ПТР). Если ПТР свариваемых деталей отличаются, то присадочный материал следует выбирать таким образом, чтобы его ПТР был средним между ПТР свариваемых деталей. Шнек экструдера приводится в движение приводом, в качестве которого часто используют обычную ручную дрель.

С учетом того, что обычная продолжительность работы экструдера больше, чем у дрели, на качественных экструдерах используются модифицированные электромоторы, рассчитанные на продолжительный режим работы и имеющие больший ресурс. Наиболее современный двигатель привода — асинхронный, без графитовых щеток (Аппараты Leister серии Weldplast). Такой двигатель имеет значительно больший ресурс и позволяет с высокой точностью регулировать обороты шнека экструдера в очень большом диапазоне (20-100%). Проходя через экструдер, присадочный материал постепенно нагревается и перемешивается до гомогенного состояния. Нагрев материала обеспечивается электронагревом «рубашки» экструдера. Температура электронагревателей, расположенных вокруг рубашки, регулируется специальным контроллером. Как вариант, в более простых и дешевых моделях экструдеров нагрев рубашки может производиться горячим воздухом, который проходит через полость вокруг рубашки и только после этого подается в зону сварки. В этом случае температура нагрева присадочного материала «привязана» к температуре горячего воздуха.

Расплавленный присадочный материал подается в зону сварки через т.н. сварочный башмак, изготовленный из ПТФЭ (фторопласт-4). ПТФЭ отличается высокой температурой плавления и прекрасными антиадгезионными свойствами.

В экструдерах плунжерного типа (Leister аппарат Weldmax) используется упрощенная схема продвижения присадочного материала через зону нагрева. Материал в виде сварочного прутка подается на профильные вальцы, которые с усилием вводят его в цилиндрическое отверстие зоны нагрева. Электронагреватели, расположенные вокруг зоны нагрева, постепенно нагревают пруток до вязко-текучего состояния.

Таким образом, задняя твердая часть прутка служит поршнем для передней пластифицированной части. Нагретый присадочный материал затем подается в зону сварки через сварочный башмак.

Нагнетание воздуха, его нагрев и подача в зону сварки производятся, в принципе, так же, как и в классическом сварочном экструдере.

Сварочные экструдеры плунжерного типа отличаются меньшей производительностью. Компактность и небольшой вес позволяют использовать такой экструдер в труднодоступных местах.

К недостаткам плунжерных экструдеров следует отнести их высокую требовательность к диаметру и идеально круглой форме прутка.

Сварной шов обычно выполняется за один проход.

По возможности следует делать швы двусторонними — как, например, швы X-типа и Double HV-типа. Двусторонний шов уменьшает количество присадочного материала и приводит к более благоприятному распределению напряжений в зоне шва под нагрузкой. ГОСТ 16310-80 уделяет значительно меньше внимания подготовке свариваемых поверхностей и технологии
выполнения сварки и совершенно не описывает форму сварочных башмаков. Зато очень подробно описывает форму и размеры многочисленных конфигураций экструзионных сварочных швов.