Сварка пластмасс трением

При сварке трением механическая энергия в зоне контакта деталей превращается в тепловую, в результате чего термопласты в этой зоне переходя в вязкотекучее состояние, а потом процесс нагрева прекращается и детали соединяют путем усилия осадки Р_ос. При этом часть расплава выходит в грат (рис. 1, г).

Для стыковой сварки трением тел вращения возможны три схемы:

1-я схема (рис. 1, а). Детали помещают в зажимах и соединяют под усилием оплавления P_оп. Затем одной из деталей сообщается вращение вокруг оси, а другая деталь неподвижна. После нагрева стыка до нужной температуры вращение прекращают и прикладывают усилие осадки Р_ос. По этой схеме сваривают прутки, трубы, а также приваривают детали к листам и блокам.

Рис. 1. Схемы сварки пластмасс трением

2-я схема (рис. 1, 6). Процесс производится так же, как и по 1-й схеме, ко вращаются обе детали в разные стороны. Эта схема почти не применяется;

3-я схема (рис. 1, в). Длинные и громоздкие детали, вращение и быстрое торможение которых затруднено, сваривают путем вращения под усилием оплавления P_оп промежуточной вставки, которая после нагрева может быстро убираться, а может оставаться и после осадки Р_ос представлять собой элемент конструкции. В последнем случае вставка должна быть из того же материала, что и свариваемые детали, а конструкция будет иметь два сварных шва.

В последнее время разработан способ сварки трением с помощью вибрирования, при котором сопрягаемым деталям придают возвратно- поступательное движение с малой амплитудой либо колебательное движение относительно определенной оси. Основное преимущество этого способа - возможность соединения несимметричных деталей. Кстати, вставке (рис. 1, в) вместо вращательного можно придать возвратно-поступательное движение,

Интенсивность тепловложения характеризуется мощностью трения:

N≈2/3·π·p·n·f·R·10^-2, Вт/см²

где р - давление, МПа; n - относительная частота вращения, об/мин; f - коэффициент трения; R - радиус поверхности трения, см.

В процессе образования соединения при трении удаляются поверхностные загрязнения, доступ воздуха в контакт затруднен, что препятствует окислительным процессам. Тепловой КПД процесса сварки достаточно высок, так как пластмассы обладают низкой теплопроводностью и от зоны контакта отводится незначительное количество тепла, а отсюда процесс этой сварки обладает довольно высокой производительностью.

Основными параметрами режима сварки трением являются:

1. скорость вращения ω, назначается в пределах 1,5...3,0;

2. давление оплавления (P_оп) и осадки (Р_ос 1,5...2,5 P_оп);

3. время нагрева (t_н) и остывания (t_охл);

Величина каждого из указанных параметров зависит, в основном, от материала и от вида подготовки кромок под сварку.

Лучше подвергаются сварке трением детали из жестких пластмасс (Е > 2·10^-3 МПа). В частности сваркой трением соединяют трубы малых и средних диаметров из этих пластмасс. Перед сваркой торцы труб иногда подвергают механической обработке, получая фигурные фаски различной конфигурации (рис. 2). Применяют и другие формы фасок, но допускается прямой стык без фасок. Однако фигурные разделки препятствуют расцентровке труб по периметру, что повышает работоспособность стыков.

Рис. 2. Типы разделки кромок при стыковой сварке труб трением вращения

Метод сварки- трением очень простой: он может быть осуществлен на любом токарном и даже на некоторых сверлильных станках, его можно автоматизировать и вести сварку в полевых условиях.

Однако этот способ имеет и недостатки, например, ограниченная форма изделий - хотя бы одна из деталей должна иметь форму круга или кольца. Кроме того, чтобы получить необходимые размеры, заготовка должна иметь большую длину, чем это требуется в сварном изделии.