Суть методу. Суть методу полягає в тому, що зварювальні поверхні і присадковий матеріал (за його

Суть методу полягає в тому, що зварювальні поверхні і присадковий матеріал (за його наявності) нагріваються газовим струменем до в’язкотекучого стану з їхнім подальшим з’єднанням. Підведення теплоти здійснюється безпосередньо до поверхонь, що сполучаються, послідовно від однієї ділянки шва до іншої. В якості газу можна використовувати повітря, азот, аргон, вуглекислий газ тощо.

Спосіб універсальний, гнучкий, може бути використаний для пластмас різної товщини і конфігурації в любому просторовому положенні. Не потребує складного зварювального обладнання. Цим методом зварюються наступні типи з’єднань: стикові, кутові, таврові, напускні. Зварювання може виконуватись із застосуванням присадкового матеріалу та без нього.

При зварюванні з присадковим матеріалом (рис. 3.1) поверхні деталей спочатку нагрівають струменем розігрітого газу, а потім приводять в контакт з нагрітим тим же струменем присадковим матеріалом. Присадковий матеріал у вигляді прутка вводиться в зварювальну зону легким натисненням руки. Якщо пластифікований пруток не витримує осьового тиску, то використовується плющення його роликом (рис. 3.2).

1 – зварювані деталі; 2 – струмінь нагрітого газу; 3 – наконечник нагрівача; 4 – присадний пруток; 5 – зварний шов; а – напрям зварювання, А – зона нагріву; Р – тиск на пруток

Рисунок 3.1 – Схема зварювання нагрітим газом із застосуванням присадного матеріалу

1 – присадний пруток; 2 – притискний ролик; 3 – сопло; 4 – зварний шов; 5 – деталі, що сполучаються; а – напрям зварювання; б – напрям маніпулювання зварювальним пальником

Рисунок 3.2 – Схема зварювання нагрітим газом з накоченням прутка роликом

Присадковий матеріал зазвичай має форму прутка, діаметр його в залежності від товщини зварюваних листів і оброблення кромок складає 2…6 мм; його виготовляють з того ж матеріалу, що і зварюваний виріб. Для зниження температури розм'якшення і підвищення пластичності в присадковий матеріал додають пластифікатори. Наприклад, для зварювання поліетилену застосовують присадковий матеріал, що складається з поліетилену і (5…10) % поліізобутилену; для зварювання полівінілхлориду використовують спеціальний пруток з пластифікованого полівінілхлориду, що містить близько 10 % пластифікатора.

Газ для нагрівання зварюваного виробу вибирають залежно від властивостей пластмаси. Так, для зварювання полівінілхлориду можна застосовувати повітря, азот, вуглекислий газ і кисень, проте найбільш висока міцність зварного з'єднання досягається при використанні кисню і повітря. При зварюванні поліетилену і інших пластмас, схильних до дії кисню, в якості газу-теплоносія застосовують азот. Найбільш економічним газом-теплоносієм є повітря.

Зварювання нагрітим газом застосовується переважно для виготовлення конструкцій з порівняно твердих термопластів (полівінілхлориду, політетрафторетилену, поліетилену низького тиску, поліпропілену, поліамідів, полістиролу тощо), тому, що необхідний контакт між присадкою і кромками деталей можна забезпечити при достатній жорсткості останньої.

Газовим теплоносієм можна зварювати трубопроводи, резервуари, покриття підлоги, інші конструкції з матеріалів завтовшки 1,5…20 мм, а також екрани, оболонки, герметичні чохли і інші вироби з полімерних плівок.

Зварювання нагрітим газом з присадним матеріалом може виконуватися ручним та механізованим способами. Перевагами механізованого зварювання нагрітим газом є можливість збільшення швидкості зварювання, використання товстіших прутків, отримання зварних швів кращої якості.

Швидкість зварювання може бути збільшена більш ніж в 4 рази при використанні спеціальних сопел, які забезпечують попереднє підігрівання основного і присадного матеріалів. Такі нагрівачі одночасно із зоною зварювання дозволяють нагрівати основний матеріал і присадку в направляючому каналі через щілину в основі сопла.

Зварювання термопластів нагрітим газом без присадного матеріалу має обмежене використання. Зварювання здійснюють за допомогою спеціальних стендів і машин (рис. 3.3)

1 – зварювані листи; 2 – пальник; 3 – притискні ролики; 4 ­– зварний шов

Рисунок 3.3 – Механізоване зварювання без присадкового матеріалу

Зварювання здійснюється за рахунок розм'якшення і здавлення кромок в напуск. Кромки листів 1 перед зварюванням зрізують під кутом 20…25º. Листи великої товщини заздалегідь рівномірно підігрівають на ширину 150…200 мм в кожну сторону нагрівачем 2. Пальник встановлюють таким чином, щоб газовий струмінь потрапляв в зону контакту зварюваних деталей і нагрівав зрізані кромки. Зусилля притискання здійснюється двома послідовно розміщеними і парами роликів 3, між якими рівномірно переміщаються зварювані листи. У тих випадках, коли розміри виробу не дозволяють його пересувати, переміщується джерело нагрівання і механізм тиску. Швидкість зварювання складає 30…150 м/год. Міцність зварних швів досягає 80…90 % міцності основного матеріалу.

Цей спосіб застосовується для з'єднання плівок з поліаміду, поліетилену низької щільності, поліетилентерефталату (лавсан), а також виробів з непластифікованого і пластифікованого полівінілхлориду і інших пластмас завтовшки 3 мм і більш.

За іншою схемою застосовується спосіб, за якого зварні з'єднання отримують шляхом однобічного нагрівання струменем газу приведених в контакт поверхонь. В даному випадку температура по товщині зварюваного матеріалу розподіляється нерівномірно: на поверхнях, що сполучаються, вона завжди нижча, ніж на поверхнях, що піддається дії струменя газу-теплоносія. Різниця температур зростає з збільшенням товщини деталі, тому даний спосіб рекомендується лише для з'єднання тонких плівок. Цей спосіб зварювання має обмеження також і відносно жорсткості зварюваних плівок. Найдоцільніше його використовувати для з'єднання плівок з поліетилену низької щільності товщиною 20-200 мкм.

3.2. Технологія зварювання нагрітим газом

Стикові шви без оброблення кромок виконують в основному при зварюванні листів або труб завтовшки менше 4 мм. Між деталями необхідно мати зазор 1-1,5 мм для кращого заповнення зварного шва присадним матеріалом, тобто для кращого провару по всій висоті шва. Зварювання листів товщиною до 2 мм слід виконувати без зазору, щоб зменшити вірогідність викривлення листів. З цією ж метою для зварювання тонких листів використовують текстолітові прокладки, до яких листи притискують за допомогою струбцин або спеціальних пристосувань. Зварювання без оброблення краще проводити з двостороннім накладенням швів, що забезпечує повний провар по всьому перетину.

Стикові шви з обробленням кромок застосовують при товщині деталей від 4 до 20 мм. Обробка кромок виконується фрезеруванням, струганням, обпилюванням. Використовуються одно- і двостороннє V-подібне, а також Х-подібне оброблення без притуплення кромок. Оптимальний кут розкриття кромок лежить в межах 50…90° і залежить від товщини і матеріалу листів. Для листів завтовшки 4…10 мм він складає 70°, а для листів завтовшки понад 12 мм ‑ 60° і менше.

Великі кути розкриття створюють зручності для роботи і зменшують можливість непроварів, але збільшують об'єм, що заповнюється присадним матеріалом (менше продуктивність, більше деформації). Х-подібне оброблення раціональніше, ніж V-подібне. Зменшуються витрата присадного матеріалу і величина зварювальних деформацій.

Таврові і кутові з'єднання при товщині вертикального елементу менше 4 мм виконуються без оброблення кромок, а при товщині 4…20 мм з одно- або двостороннім обробленням.

Кутові з'єднання, використовувані при зварюванні днищ, кришок, фланців і тому подібне, виконуються лише з обробленням кромок. Це дозволяє уникнути непроварів вершини шва.

Напускні з'єднання застосовують рідко зважаючи на меншу механічну міцність таких швів при розтягуючих і вигинаючих навантаженнях. Міцність таких з'єднань у декілька разів менше міцності стикових з'єднань.

Основні технологічні параметри режиму зварювання:

- температура і витрата газу;

- матеріал, діаметр і форма перерізу присадного прутка;

- кут нахилу прутка при укладанні в оброблення;

- тиск, що прикладається до прутка;

- кут нахилу нагрівача (пальники) до площини зварюваного матеріалу;

- швидкість зварювання.

Температура газу на виході з сопла пальника зазвичай на 50-100 °С вище за температуру в’язкотекучого стану зварюваних термопластів. Підвищення температури необхідно для компенсації втрат тепла газового струменя між соплом наконечника і поверхнею зварного шва, відстань між якими слід підтримувати постійним і рівним 5-8 мм.

Витрату нагрітого газу встановлюють зазвичай для пальників не прямої дії і з електронагрівом - 1-2 м³/год, а для пальників прямої дії 1-3,5 м³/год. Малі витрати знижують продуктивність і приводять до непроварів.

Положення зварювального прутка і сопла пальника по відношенню до поверхні шва істотно впливає на отримання щільного і рівного шва з достатньою міцністю (рис. 3.4).

1 – присадний пруток; 2 – наконечник пальника; 3 – напрям зварки; 4 – схема сил, що діють

Рисунок 3.4 – Положення пальника і присадного прутка при зварюванні нагрітим газом

При куті нахилу присадного прутка більше 90° зусилля тиску на пруток розкладається на дві складові. Під дією горизонтального зусилля пруток, укладений в шов, подовжується (при охолоджуванні може утворитись тріщина). Таким чином зварюють полівініліденхлорид і поліпропілен.

При куті нахилу менше 90° пруток розігрівається швидше за основний матеріал і на ділянці більшої довжини. Витрата прутка збільшується через його осідання при укладанні в шов. При цьому в шві виникає внутрішня напруга через подовжнє стискування, і пруток згинається з утворенням на його поверхні хвилі. Міцність зчеплення прутка з кромками зменшується, і його можна легко відокремити. Крім того, при цьому знижується швидкість зварювання.

При зварюванні поліетилену низької густини, пластифікованого полівінілхлориду і поліізобутилену пруток нахиляють під кутом 45-50 °.

Під прямим кутом пруток тримають при зварюванні непластіфікованого полівінілхлориду, поліметилметакрилату, поліетилену високої густини тощо.

Перед зварюванням пруток нагрівають, відгинають під прямим кутом і охолоджують на повітрі та встановлюють на відстані 10-15 мм від початку шва. При зміні прутка відігнуту частину нового прутка укладають на кінець перерваного шва з перекриттям 10 мм.

Кут нахилу подовжньої осі мундштука пальника до площини виробу на початку процесу зварювання має бути 55-65°, а в подальшому зменшується до 45°. Струмінь газу протягом більшого часу має бути направлений на основний матеріал, маса якого більша, ніж маса присадного матеріалу.

Маніпулюючи пальником, зварювальник направляє потік то на присадний матеріал, то на основний.

Тиск на присадковий пруток вибирають залежно від діаметру і матеріалу прутка. Зусилля притискування в процесі зварювання повинне залишатися постійним і для запобігання надмірному його подовженню має бути невеликим і складати 0,05d (у ньютонах), де d – діаметр прутка (у міліметрах).

Швидкість зварювання залежить від товщини і типу зварюваного матеріалу, температури нагрівання присадного і основного матеріалів і складає 4-15 м/год. Для збільшення продуктивності процесу доцільно застосовувати попереднє підігрівання присадного і основного матеріалів.

Порядок укладання прутків при зварювані залежить від товщини матеріалу і форми оброблення кромок. Матеріал завтовшки 1-2 мм зварюють за один прохід. При товщині більше 2 мм зварювання виконати за один прохід не удається. Шви накладають послідовно, звертаючи особливу увагу на виконання шва, застосовуючи для цього пруток меншого діаметру, ніж при зварюванні подальших проходів.

3.3 Обладнання для зварювання нагрітим газом

Для зварювання нагрітим газом застосовуються пальники газові побічної дії, газові прямої дії і пальники з електронагріванням.

До пальників побічної дії відноситься пальник ГГК-1. Конструкція машини виконана на базі ацетиленокисневого пальника «Малятко». Горючий газ підігріває стінки змійовика, по якому подається газ-теплоносій, використовуваний для зварювання.

Пальник нормально працює при витраті пропану до 0,12 м³/год або природного газу до 0,36 м³/год. Він комплектується одним наконечником з соплом діаметром 3 мм. До недоліків пальників побічної дії слід віднести перегрів кожуха і можливе прогорання змійовика при малих витратах газу теплоносія.

Пальник прямої дії ГГП-1 працює за принципом вихрової системи змішення і спалювання газів в малому об'ємі камери згорання. Це дозволяє зварювати термопласти продуктами горіння суміші з повітрям.

Пальник працює на пропані і повітрі або на природному газі і повітрі, що подаються під тиском 0,01-1 МПа і 0,08-0,5 МПа. Він забезпечує отримання до 2,5-3,5 м³/год суміші продуктів згорання і повітря. При витраті пропану 0,25-0,4 м³/год і природного газу 0,3-1,1 м³/год теплова потужність полум'я еквівалентна потужності електронагрівального пристрою 600-800 Вт.

Пальники з електронагріванням можуть бути двох типів: пальники з подачею газу від зовнішнього джерела (компресора, балона або повітряної магістралі) і пальника з автономним живленням (рис. 3.5).

Пальники з автономним живленням відрізняються від пальників з подачею газу від зовнішнього джерела тим, що подача газу-теплоносія здійснюється нагнітачем, вмонтованим в корпус пальника або приєднаним до пальника. Такі пальники мають невелику потужність і застосовуються для зварювання малогабаритних тонкостінних виробів.

1 – сопло; 2 – наконечник; 3 – спіраль; 4 – корпус; 5 – трубка для подачі повітря; 6 – підведення струму

Рисунок 3.5 – Електричний пальник з повітряним охолодженням електричної спіралі

Серед конструкцій з електронагріванням широке використання знайшов пальник ГЕП-2. Пальник працює при напрузі 36 В, потужність нагрівального елементу складає 500 Вт. Спіраль електронагрівального елементу пальника виготовляється з хромонікелевих сплавів. (Х20Н80, Х15Н60). Щоб уникнути замикання, в електричному пальнику застосовується фарфорова трубка або трубки з азбестового паперу. Для живлення електричних спіралей пальників застосовують однофазні трансформатори типу ТБС3-0,63.

Основним недоліком пальників з електричним нагріванням є надмірне розігрівання кожуха. Крім того на спіралях утворюються окалина і нагар, які можуть забиратись повітрям і потрапляти в шов, знижуючи його міцність. Цей недолік пальників усувається, якщо замінити дротяну спіраль трубчастим змійовиком, до кінців якого підведений електричний струм, а усередині рухається газ, що нагрівається. Робоча напруга пальника складає 4-5 В, потужність 0,5 кВт.

Контрольні запитання

3.1 В чому суть способу зварювання нагрітим газом?

3.2 Назвіть схеми зварювання термопластів нагрітим газом з використанням присадкового матеріалу.

3.3 Які способи розробок кромок зварюваних деталей ви знаєте та з якою ціллю це робиться?

3.4 За якими параметрами підбирають газ для нагрівання і зварювання конструкцій?

3.5 Які вимоги до присадкового матеріалу при зварюванні нагрітим газом?

3.6 Як відбувається зварювання нагрітим газом без присадкового матеріалу?

3.7 Назвіть основні параметри процесу зварювання нагрітим газом.

3.8 Як впливає положення зварювального прутка і сопла пальника на якість зварного шва?

3.9 Які дефекти можливі при зварюванні пластмас нагрітим газом і чому вони виникають?

3.10 Які конструкції пальників для зварювання нагрітим газом ви знаєте?

4 ЗВАРЮВАННЯ НАГРІТИМ ПРИСАДКОВИМ МАТЕРІАЛОМ

Дата добавления: 2015-07-10