Сварка пластмасс газовым теплоносителем с присадкой

Этот способ сварки основан на нагреве соединяемых поверхностей деталей и присадочного прутка до температуры сварки струей нагретого газа. Выполняют ее преимущественно вручную с помощью газовых горелок различной конструкции.

Рис.1 Схема сварки пластмасс газовым теплоносителем с присадкой
1. свариваемые детали, 2. сопло сварочной горелки, 3. присадочный пруток

Нагретый газ одновременно доводит кромки деталей и присадку до вязкотекучего состояния, а плотный контакт между кромками и прутком, то есть собственно сварку, создает сварщик путем прижатия прутка рукой.

Способ универсален и гибок, применим для сварки пластмасс различной, толщины и конфигурации и в любом пространственном положении. Не требует сложного сварочного оборудования.

Этим способом свариваются все типы соединений: стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные. Недостатками этого способа, как и для ручной дуговой сварки металлов, являются относительно низкая производительность и большая зависимость качества сварки от квалификации сварщика.

Сварка газовым теплоносителем применяется, главным образом, для соединения сравнительно твердых пластмасс (полиамидов, полипропилена, винипласта, полиэтилена низкого давления и других), так как только при достаточной жесткости присадки можно обеспечить необходимый контакт между присадкой и кромками детали.

Виды разделок кромок под сварку и типы сварных соединений из винипласта, полиэтилена, полипропилена, выполненных этим способом сварки, их условные обозначения установлены ГОСТ 16310-80. Этот стандарт можно использовать и при подготовке кромок под сварку других пластмасс, свариваемых этим способом сварки. Сравнивая формы разделок кромок по этому стандарту с ГОСТами на конструктивные элементы и размеры данных соединений, завариваемых дуговыми способами сварки металлов (ГОСТ'5264-80, 8713-79, 14771 -76), можно отметить, что разделка кромок по всем перечисленным стандартам весьма похожа. Отличие только в том, что в разделках для пластмасс отсутствует притупление, предназначенное для предотвращения прожога, так как такового при сварке пластмасс быть не может.

Выбор типа шва обусловлен, главным образом, толщиной свариваемых деталей, особенностями сварной конструкции и условиями их нагружения в процессе эксплуатации.

Сварку нагретым газом с присадкой стыковых соединений деталей толщиной до 4 мм можно осуществлять без подготовки кромок, но должен быть зазор 1...3 мм для обеспечения провара. Сварка ведется либо с одной стороны, либо с двух. При толщине более 4 мм необходима разделка кромок для лучшего провара корня шва. Кромки обрабатывают механическим путем (фрезерованием, строганием, опиловкой). Перед сваркой кромки деталей и сварочный пруток очищают от грязи, масел, воды и других веществ.

При выборе формы разделки кромок, особенно для ответственных швов, следует иметь в виду, что Х-образная разделка имеет преимущества перед К- и У-образными разделками, а именно до 2 раз уменьшается расход присадочного материала, энергоресурсов и трудозатрат. Кроме того, Х-образные швы имеют большую прочность, так как корень шва, где наиболее вероятны дефекты, находится в нейтральной зоне, что особенно важно при изгибе, сварочные деформации меньше, что также повышает прочность соединения. Для уменьшения деформаций при сварке Х-образных швов присадочный материал укладывается попеременно то с одной стороны шва, то с другой.

С увеличением угла раскрытия кромок до 80° прочность шва увеличивается, однако одновременно увеличивается и расход присадочного материала, а следовательно, падает производительность и коробления увеличиваются, хотя сварщику работать легче.

При сварке односторонних швов часто трудно получить провар корня шва и поэтому следует предусматривать подварочный шов с обратной стороны, предварительно зачистив первый валик механическим путем.

Следует подчеркнуть, что применение нахлесточных соединений при этом способе сварки нежелательно, так как опыт показал, что прочность таких соединений по сравнению со стыковым соединением одинаковой толщины уменьшается до 6 раз.

При многорядовой (для металлов - многослойной) сварке последующий ряд должен укладываться после охлаждения предыдущего не более чем до 40 °С. Охлаждение рекомендуется проводить медленно.

Правильное распределение теплоты при сварке достигается путем сохранения угла наклона сопла горелки относительно поверхности шва, а также постоянного покачивания горелки в процессе сварки. Для большинства материалов этот угол равен 45°.

Важно также обеспечить правильное положение присадки относительно поверхности шва. При сварке винипласта, полиэтилена, пенопласта, полиметилметакрилата оптимальный угол равен 90°. Если угол наклона меньше 90° (то есть присадка наклонена в сторону горелки), присадочный пруток нагревается на большей длине, а в шве из-за продольного сжатия возникают дополнительные деформации сжатия. Если этот угол больше 90°, то усилие сварщика, действующее на пруток, разлагается на вертикальную и горизонтальную составляющие. Под действием горизонтальной составлявшей горячий пруток удлиняется и при охлаждении может разорваться. Однако при сварке относительно мягких пластмасс, таких как пластифицированный поливинилхлорид, лучшие результаты получаются при угле больше 90°, а удлинение прутка, обладающего повышенной пластичностью, не опасно.

При сварке деталей толщиной более 2 мм делают два и более ряда путем последовательной приварки необходимого количества присадочных прутков.

Основными параметрами режима сварки газовым теплоносителем с присадкой являются:

1. температура и расход газа;

2. усилие, прикладываемое к прутку;

3. скорость укладки прутка в разделку шва;

Образование качественного сварного шва возможно только, если температура газа на выходе из сопла на 50...100° превышает температуру текучести материала и при этом расстояние от среза сопла до поверхности материала составляет 5...6 мм.

Следует отметить, что температура газа и скорость укладки неразрывно связана между собой - каждой определенной температуре соответствует своя оптимальная скорость, при которой возможно получение сварного соединения наибольшей прочности. В значительной степени на качество сварки влияет состав, форма сечения и площадь присадочного прутка. Обычно пруток изготовляют из свариваемого материала. Однако иногда желательно, чтобы материал присадки отличался повышенной пластичностью и имел более низкую температуру текучести (Т_т). В этих случаях применяют присадочные прутки того же состава, что и основной материал, но с пластификатором 5.'. 10 %. Однако применение пластификатора может снизить некоторые свойства шва. Так, при сварке поливинилхлорида применение присадки с пластификатором снижает стойкость шва, а следовательно, и всего изделия к агрессивным средам.

Выпускают присадочный материал преимущественно в виде прутков круглого сечения диаметром от 2 до 6 мм, иногда в виде спаренных прутков диаметром 2...3 мм каждый.

Диаметр прутка выбирают в зависимости от толщины деталей, геометрии разделки шва, требуемой скорости сварки и необходимой прочности соединения, С увеличением диаметра прутка сокращается время заполнения разделки и увеличивается прочность шва. Однако применение прутков диаметром более 5 мм нежелательно, так как обеспечить их равномерный прогрев довольно трудно. Обычно корень шва заполняется прутком диаметром 2 мм, а далее диаметром 3 или 4 мм.

Отмеченные выше недостатки ручной сварки газовым теплоносителем с присадкой требуют непрерывного совершенствования этого способа сварки. Работы в этом направлении ведутся в виде создания аппаратов с устройствами предварительного подогрева присадки и детали, изыскания средств стабилизации основного параметра сварки (температуры газа-теплоносителя), создания устройств, позволяющих использовать присадки, близкие по профилю шва, и обеспечивающих равномерную их подачу.

В качестве газа-теплоносителя чаще всего применяют воздух и только при сварке конструкций из полиэтилена и полипропилена с повышенными требованиями к прочности шва, а также при сварке полиамидов применяют азот. Очень редко используют инертные газы.