ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Высокочастотная сварка пластмасс основана на их свойстве довольно быстро нагреваться в электрическом поле высокой час­тоты. Все термопласты не нагреваются в магнитном поле индуктора, а часть термопластов не нагревается в электрическом поле конден­сатора (полиэтилен, полипропилен,^полистирол и др.).

Поэтому с этой точки зрения способ высокочастотной сварки не является универсальным, применимым для сварки всех до сих пор известных термопластов. Высокочастотная энергия используется в производстве сварных изделий и конструкций в двух направле­ниях: при сварке пластмасс, обладающих свойством нагреваться в электрическом поле высокой частоты, и с применением этих ма­териалов для нагрева пластмасс, не обладающих такой способ­ностью.

Сущность процесса сварки пластмасс токами высокой частоты состоит в том, что кромки свариваемого изделия или конструкции помещают в переменное электрическое поле высокой частоты. По­следнее создается между двумя металлическими электродами, один из которых (или оба) повторяет конфигурацию свариваемого шва.

В зависимости от способа сварки, конфигурации изделий и кон­струкций, протяженности сварных швов электроды выполняются в виде двух роликов, двух пластин, пластинки и ролика и т. п. Система электродов с помещенным между ними свариваемым мате­риалом образует рабочий конденсатор. При подаче напряжения на электроды свариваемый материал в зоне шва весьма быстро нагре­вается по всему сечению деталей за счёт диэлектрических потерь. С-ледует отметить, что б отличие от нагрева от внешнего источника тепла градиент температур при высокочастотном нагреве распреде­ляется. весьма благоприятно для процесса сварки. Внутри в местах соприкосновения кромок свариваемых деталей температура всегда выше, так^ как ‘холодные электроды отбирают часть тепла у приле­гающих к ним поверхностных слоев материала деталей.

Высокочастотный способ сварки выгодно отличается от других способов сварки и тем, что тепловая энергия выделяется в массе нагреваемого материала, расположенного между электродами, по

всей толщине равномерно, вследствие чего процесс образования свар­ного шва ускоряется и наружная поверхность не перегревается.

Поэтому свариваемые кромки деталей не прилипают к электро­дам, как это наблюдается при контактном нагреве от внешнего ис­точника тепла.

Кромки свариваемых деталей в зоне сварки нагреваются под действием тока высокой частоты до температуры вязко-текучего состояния, а сварной шов образуется под действием сварочного дав­ления, передаваемого электродами сварочных машин и другими устройствами или пленками в зависимости от конструкции соеди­нений и технологии сварки.

Сварка токами высокой частоты обеспечивает высокую произво­дительность, экономичность и хорошее качество сварных соединений. К преимуществам высокочастотной сварки относятся также равно­мерность нагрева кромок деталей без резких перепадов температур в зоне сварного шва, что уменьшает вероятность деструкции и ос­лабления*. прочности деталей в месте их соединений; возможность получения сварных швов, равнопрочных с основным материалом, а иногда и более высокой прочности; образования сварных швов без присадочных материалов; выполнение сварки на высокопроиз­водительном сварочном оборудовании полуавтоматическом, авто­матическом и встроенном в поточно-механизированные линии. Значительным преимуществом является также и то, что предостав­ляется полная возможность использовать для целей сварки модер­низированное оборудование (высокочастотные ламповые генерато­ры и др.).

Способ высокочастотной сварки не может считаться универсаль­ным, так как высокой частоты трудно сваривать угловые и тав­ровые соединения (в этом случае трудно обеспечить равномерный нагрев деталей в зоне сварки), а также потому, что некоторые пластмассы этим способом не свариваются (фторопласт, полиэти­лен, полипропилен, полистирол и некоторые другие), В таких пластмассах токи смещения и проводимости малы и они (пласт­массы) не могут генерировать достаточного количества тепла для сварки.

В последнее время проведены работы по сварке токами высокой частоты пластмасс, не обладающих способностью свариваться этим способом. Для этих целей при сварке полиэтиленовых и полипропи­леновых деталей в их соединение вводится полоска поливинилхло­рида, которая, являясь худшим диэлектриком, нагревается токами высокой частоты и передает тепло свариваемым деталям из указан­ных пластмасс. Известны и другие способы, например нанесение пластмасс, обладающих способностью свариваться токами высокой частоты, на поверхность электродов сварочных машин. Такой спо­соб сварки аналогичен контактной сварке пластмасс.

Благодаря крупным преимуществам высокочастотной сварки по сравнению со сваркой газообразными теплоносителями этот сов­ременный и эффективный способ сварки нашел широкое применение в различных отраслях промышленности и успешно внедрен в строи­тельство. Сейчас с помощью этого способа производится изготовле­ние ковров из линолеума по способу, разработанному Всесоюзным научно-исследовательским институтом новых строительных мате­риалов, гидроизоляции и других строительных конструкций.

С помощью токов высокой частоты на поверхность изделий нано­сят цифры, буквы, орнаменты, рисунки и т. д. В современном строительстве с помощью высокочастотной сварки изготовляют двухслойные пленочные оболочки различного назначения (с воз­душной прослойкой между слоями), обладающие теплозащитными свойствами, а также крупноразмерные оболочки, применение кото­рых позволяет создавать «воздушные» или надувные временные павильоны промышленных и других выставок, складские и жилые помещения, временные водоемы, гидроизоляции автомобильных дорог. С помощью высокочастотной сварки соединяют листы метал­ла и фанеры, покрытых пластмассами, изготовляют пастилы полов, стенки и т. д.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

Сварку токами высокой частоты в современном строительстве выполняют двумя методами: в рассеянном поле рабочего конденса­тора ив основном поле.

При сварке в рассеянном поле конденсатора сварочные электро­ды накладывают на кромки свариваемых деталей в зоне сварки, с одной, обычно верхней, стороны, на некотором расстоянии по обе стороны от линии соединения деталей. Ширина электродов и рас­стояние между ними зависят от толщины и диэлектрических свойств свариваемого материала.

При сварке в основном поле кромки свариваемых деталей рас­полагают между электродами рабочего конденсатора.

Схема расположения электродов и свариваемых деталей приведе­на на рис. 26.

В зависимости от конфигурации изделия и характеристики ма­териала применяют различные способы стыкования свариваемых деталей. На рис. 27 приведены образцы сварных швов и варианты размещения электродов в процессе сварки. Для стыкования листов толщиной более 1,5—2 мм (безразлично эластичных или нет) при­меняют швы 7,3 и 4 для этих же материалов в монтажных условиях и для стыкования труб — шов 2; для тонких пленок — швы 7, 8, 9 и 10, причем прочностные характеристики шва 7 выше, чем шва 8, а шва 9 с встречным электродом лучше шва 7; для сосудов, труб, емкостей с толщиной стенок более 1,5—2 мм, а также для неэластичных тонких пленок — швы 5 и б и, наконец, шов 11 ис­пользуется для герметизации сосудов, изготовленных, например, методом литья под давлением. Из всех рассмотренных только швы 5, 6 и 11 требуют предварительной обработки, отбортовки в горячем состоянии или профилировки. Описанными сварными швами свари­вают пластмассы всеми способами (роликовым, точечным, прессовым)
а также наносят буквы, цифры, рисунки, орнаменты и другую де­коративную отделку поверхности изделий и конструкций.

При роликовой и прессовой сварке в рассеянном поле рабочего конденсатора электроды располагаются на наружной поверхности свариваемых кромок деталей. При роликовой и прессовой сварке в основном поле электроды располагаются с двух сторон кромок свариваемых деталей — с нижней и верхней, а отсюда и электроды соответственно называются верхний и нижний. Аналогично раз­мещаются электроды при точечной сварке и нанесении рисунков.

При прессовой сварке в основном поле рабочего кон­денсатора в зависимости от конструкций сварочных ма­шин подвижным бывает один электрод. Бывают такие кон­струкции сварочных машин с двумя плитами, к которым подводится ток высокой ча­стоты. При этом обычно ниж­няя плита (нижний элект­род) подвижна, а верхняя неподвижна. Верхний элект­род представляет в этом слу­чае как бы рабочий инстру­мент различной формы. При сварке в рассеянном поле перемещаются одновременно два электрода, которые почти всегда монтируются в одном кор­пусе.

Большим преимуществом прессовой сварки пластических масс по сравнению с другими способами сварки токами высокой частоты является то, что свариваемый материал в месте соединения нагре­вается одновременно, равномерно и по всей длине шва. Это обстоя­тельство дает возможность поддерживать постоянную температуру нагрева пластических материалов при сварке. При таком методе свар­ки обеспечивается стабильное качество сварных швов. При длитель­ной работе необходимо охлаждать электроды.

Прессовая сварка применяется также для клеймения деталей, конструкций и изделий, а также для их декоративной отделки. Для этих целей верхний электрод в нижней части имеет клеймо, которое переносится на деталь из пластической массы. Этот производствен­ный процесс выполняется в следующей последовательности. Деталь, на которую требуется нанести клеймо, укладывают на листовой прессшпан, находящийся на нижнем электроде-плите сварочного пресса. Затем верхний электрод опускается в конечное нижнее положение и в месте соприкосновения электродов деталь нагревает­ся точно так же, как и при сварке. На разогретой в этом месте детали остается клеймо. Клеймо, выполненное на сварочных прессах, имеет
красивый внешний вид и яр невыраженный рельеф. Прессшпан при нанесении клейма служит для предохранения от порчи рабочей поверхности верхнего электрода.

Аналогично на детали из пластических масс наносят рисунки. В тех случаях когда требуется сделать надписи, они также могут быть выполнены сваркой токами высокой частоты. Для этого вначале вырезают или выштамповывают буквы из пластических масс требуе­мого цвета, а затем укладывают на детали и приваривают. Сварку ведут так же, как и нанесение клейма или рисунков с той только разницей, что рабочая поверхность верхнего электрода берется гладкой и ровной или ступенчатой с двумя рабочими частями.

Рис. 27. Образцы сварных шпон и варианты размещения электродов при высокочастотной сварке термопластов и реак — топластов: знаком «+» обозначены высоковольтные электро ды, знаком «—» заземленные электроды или плита пресса

Иногда применяется двухэлектродная прессовая сварка пласти­ческих масс токами высокой частоты. При таком способе сварки нижний электрод изготовляют специальной конструкции с шарнир­ным креплением в нижней части. Для этого электрод имеет требуе­мый прилив. При двухэлектродной прессовой сварке применяют верхние электроды обычных конструкций.

Шарнирное крепление нижнего электрода обеспечивает плотное и равномерное прилегание рабочих поверхностей верхних электро­дов, а это в свою очередь обеспечивает качественную сварку. В слу­чае если в процессе сварки длина одного из верхних электродов изменится, нижний электрод займет соответственно наклонное по­ложение, за счет чего обеспечится требуемое прилегание рабочих поверхностей нижнего и верхнего электродов, В зависимости от изменения длины верхних электродов — нижний электрод будет иметь различный наклон.

Прессовая сварка термопластических масс токами высокой частоты применяется и в тех конструкциях и изделиях, где прочность сварных швов должна быть равной или выше прочности основного материала конструкции или изделия. Обычно. яри прессовой сварке прочность сварных швов выше прочности основного материала. Вместе с этим сварные швы весьма плотные.

Цвет сварных швов полностью соответствует цвету основного материала конструкции и изделия. Поверхность сварного шва бле­стящая и напоминает хорошо отполированную поверхность. С по­мощью прессовой сварки можно выполнять сварные швы, имеющие любую форму и протяженность. При длине сварного шва, превы­шающей рабочую длину электрода, сварку ведут с перемещением свариваемых деталей.

При роликовой сварке перемещается верхняя консоль сварочной машины одновременно с установленным па ней верхним электродом — роликом. Обычно верхний ведомый сварочный электрод-ролик узкий, ширина нижнего ведущего электрода 50 мм и больше.

В отличие от прессовой роликовую сварку ведут двумя электро­дами-роликами, выполненными в виде дисков, из которых нижний (ведущий) изолирован от корпуса сварочной машины, а верхний (ведомый) заземлен. Обычно рабочая ширина нижнего электрода берется в 5—10 раз больше верхнего, за счет чего обеспечивается лучшая подача свариваемых деталей.

В тех случаях когда конструкции изделий позволяют применять более производительные методы сварки, применяется многоэлект­родная роликовая сварка пластических масс токами высокой час­тоты.

При данном способе производится непрерывно последователь­ная сварка пластических масс. В процессе непрерывной сварки при длительной работе не исключена возможность нагрева роликов выше допустимой температуры, в силу чего в месте сварки шва может измениться толщина свариваемых деталей, а при значитель­ном перегреве электродов возможно прожигание перегретого мате­риала сварного шва. Чтобы избежать этого, сварочные электроды — ролики при непрерывной работе необходимо периодически ох­лаждать.

При точечной сварке сварное соединение осуществляется с по­мощью двух (верхнего и нижнего) Стержневых электродов или верхнего стержневого электрода и нижнего в виде плитки. Кроме того, точечная сварка выполняется и двумя электродами-роликами на роликовых сварочных машинах. Сущность процесса точечной сварки заключается в том, что две или несколько деталей, наложен­ных друг на друга внахлестку, зажимаются между рабочими поверх­ностями электродов и под действием тока высокой частоты с при­ложением сварочного давления свариваются, образуя сварной шов в виде, отпечатка торца стержня электрода — точки. Детали соеди­няются в нескольких точках.

С помощью точечной сварки изготовляют сварные изделия из пластмасс, армированных пластмасс и материалов, покрытых пластмассами.

При стыковой сварке два стержня или две трубки с обработан­ными ровными торцами зажимают в электроды стыковой сварочной машины, к которым подведен ток высокой частоты, и сближают так, чтобы их торцы соприкоснулись. Под действием тока высокой час­тоты торцы деталей в зоне сварки нагреваются до вязко-текучего состояния и при приложении сварочного давления свариваются. При стыковой сварке часть свариваемого материала под действием сварочного давления выдавливается, образуя па стыке грат, кото­рый затем удаляют механическим способом. Поэтому, для того чтобы получить сварной узел заданной длины, необходимо заготовки дета­лей под сварку изготовлять с припуском на образование грата.

При высокочастотной сварке пластмасс, армированных пластмасс и материалов, покрытых пластмассами, для получения сварных соединений высокого качества поверхности свариваемых деталей должны быть очищены от пыли, грязи, масел и других веществ. Кроме того, для получения одинакового технологического режима, обес­печивающего качественное сварное соединение, необходимо строго следить за состоянием рабочей поверхности электродов. Электроды должны хорошо прилегать друг к другу ло рабочей поверхности. Время от времени рабочую поверхность электродов необходимо восстанавливать для поддержания их установленных размеров. В процессе работы рабочую поверхность электродов следует перио­дически очищать.

Наибольшее распространение в строительстве получили ролико­вая прессовая и точечная сварка. Нашел применение и способ на­несения букв, цифр, орнаментов на поверхности свариваемых деталей.

Стыковая сварка труб и стержней, являясь весьма эффективной и экономичной, пока не находит практического использования в из­готовлении сварных пластмассовых конструкций.

В последнее время строительные организации применили высо­кочастотную прессовую сварку при изготовлении и монтаже стек­лянных трубопроводов, в которых частично используется трубо­проводная запорная сварная пластмассовая арматура.

При организации высокочастотной сварки необходимо учитывать, что стекло начинает проводить ток только после предварительного нагрева до 500—700° С. Установка для высокочастотной сварки труб состоит из сварочной машины с приспособлением для синхрон­ного вращения свариваемых деталей, двух газовых горелок типа ГС-53 и высокочастотной установки — генератора типа ЛГД-10, который переделан для сварки стеклянных труб на частоту 1,2 Мгц, со ступенчатым регулированием напряжения от 0,5 до 5 кет.

Предварительный нагрев деталей до 500—700° С ведут газовы­ми горелками, а подачу электрического тока осуществляют через1, ионизированные газы пламени горелок. При этом необходимо, чтобы, пламя горелок было узким, острым и разогревало стекло на неболь­шом участке, чем обеспечивается правильное прохождение тока через торцы свариваемых труб. Наконечники сварочных горелок

во избежание перегрева охлаждаются холодной водой, циркулирую­щей по латунным холодильникам.

Высокочастотную сварку стеклянных труб ведут следующим образом, Установленные в патронах сварочного станка трубы сбли­жают, оставляя между торцами зазор, равный 4—6 мм. Затем уста­навливают сварочные горелки таким образом, чтобы их наконечники находились на расстоянии 50—60 мм от наружной поверхности труб на уровне их осей. После установки сварочных горелок вклю­чают электродвигатель, вращающий свариваемые детали, зажигают сварочные горелки и начинают разогрев узких полосок торцов труб шириной 10 мм, который ведут до покраснения стекла. Далее сбли­жают горелки с поверхностью труб на расстояние от 10 до 25 мм в зависимости от диаметра свариваемых труб и включают ток для дальнейшего нагрева торцов до белого каления, после чего произ­водят стыкование и сварку труб без применения поддува. Сварен­ные трубы отжигают.