Сварка ультразвуком.

Способ ультразвуковой сварки пластмасс (рис. 21) заключается в том, что электрические колебания ультразвуковой частоты (18-50 кГц), вырабатываемые генератором, преобразуются в механи­ческие продольные колебания магнитострикционного преобра­зователя 2, вводятся в свариваемый материал 5 с помощью про­дольно-колеблющегося инструмента-волновода 4, расположенного перпендикулярно свариваемым поверхностям. Часть энергии механических ультразвуковых колебаний переходит в тепловую, что приводит к нагреву зоны контакта соединяемых деталей до тем­пературы вязкотекучего состояния.

Основные параметры ультразвуковой сварки: амплитуда колебаний рабочего торца волновода А (мкм); частота колебаний f (кГц); продолжительность ультразвукового импульса t_СВ (с) или в случае непрерывной сварки – скорость сварки V_СВ; сварочное статическое давление Р_СТ (Па) или усилие прижатия F (Н) волновода к материалу.

Рис. 21. Ультразвуковая сварка с нормальным вводом колебаний. а – схема установки, б – эпюра амплитуды смещения колебательной системы, в – расположение векторов усилий; 1 – корпус преобразователя, 2 – преобразователь с обмоткой, 3 – трансформатор упругих колебаний, 4 – волновод, 5 – свариваемые детали, 6 – опора

Сварка нагретым инструментом.

Широкое распространение получила контактная тепловая свар­ка (сварка нагретым инструментом). Она подраз­деляется на два вида: оплавлением (нагретым инструментом встык и враструб, закладным нагревателем, нагретым клином), когда нагрев кромок, подлежащих сварке оплавлением происходит за счет непосредственного контакта с нагретым инструментом, и проплавлением (нагретым роликом, прессовая).

Применительно к трубам из полиэтилена, используют сварку нагретым инструментом встык, при которой трубы соединяются между собой оплавленны­ми торцами (рис. 22). Этот способ сварки является доминирующим при со­единении труб с толщиной стенки более 5 мм. Для нагрева инстру­мента используется электрический ток или газовое пламя.

Сварка труб деталями с закладными нагревателями применяется для соединения труб малого диаметра и в труднодоступных местах. При сварке деталями с закладными электронагревателями (ЗН) трубы соединяются между собой при помощи специальных пласт­массовых соединительных деталей, имеющих на внутренней повер­хности встроенную электрическую спираль из металлической прово­локи (рис. 23). Получение сварного соединения происходит в результате расплавления полиэтилена на соединяемых поверхностях труб и деталей за счет тепла, выделяемого при протекании электрического тока по проволоке–спирали (проводнику).

Рис. 22. Схемы сварки нагретым инструментом: а – стержней встык; б – труб встык; в – соединения "на ус"; 1 – нагретый инструмент; 2, 3 – свариваемые детали, 4 – прижимные ролики; 5 – сварной шов; слева – нагрев, справа –осадка, РОС – давление осадки, Р – давление прижима

Рис. 23. Схемы сварки с закладными электронагревателями а – стыковое соединение, б – соединение с накладкой (муфтой); 1 – нагревательная спираль, ос­тающаяся в сварном шве, 2, 3 – свариваемые детали, 4 – накладка

Сварка нагретым инструментом встык заключается в нагревании свариваемых торцов труб или деталей до вязкотекучего состояния полиэтилена при непосредственном контакте с нагретым инструментом и последующем соединении торцов под давлением осадки после удале­ния инструмента. Данным способом соединяют между собой трубы и детали, изготовленные из разных марок полиэтилена (PEMD, PEHD).

Основными технологическими параметрами стыковой сварки встык являются:

• темпе­ратура нагретого инструмента – Т_н;

• продолжительность оплавления – tоп и нагрева – t_н;

• давление торцов соединяемых труб на нагревательный инструмент при оплавлении – Р_оп и нагреве – Р_н;

• продолжительность технологической паузы между окончанием нагрева и началом осадки – t_п;

• время нарастания давления осадки – t_Д;

• давление на торцы при осадке – Р_ос;

• время охлаждения сваренного стыка под давлением осадки – t_охл.

Требования к технологии сварки определяются нормативными докумен­тами по строительству систем газоснабжения (своды правил, технологи­ческие регламенты и т.п.). Значения технологических параметров должны быть приведены согласно этим документам в технической документации на эксплуатацию применяемого сварочного оборудования.

Сварка труб нагретым инструментом встык ведется в следую­щей последовательности:

• замеряют давление (или усилие), необходимое на перемещение подвижного зажима с установленной в нем трубой (давление холос­того хода Рх);

• устанавливают между торцами труб нагретый инструмент (на­греватель), имеющий заданную температуру;

• проводят процесс оплавления, для чего прижимают торцы труб к нагревателю и создают требуемое давление Роп с учетом давления холостого хода (Роп + Рх);

• выдерживают Роп в течение времени t, необходимого для по­явления по всему периметру оплавляемых торцов первичного грата высотой от 0,5 до 1,5 мм;

• после появления первичного грата снижают давление до величи­ны, соответствующей Рн с учетом давления холостого хода (Рн + Рх), и выдерживают его в течение времени, необходимого для прогрева торцов труб;

• по окончании процесса прогрева отводят подвижный зажим центратора на 5-6 см назад и удаляют нагреватель из зоны сварки;

• сводят торцы труб до соприкосновения и создают требуемое дав­ление при осадке Рос с учетом давления холостого хода (Рос + Рх);

• выдерживают давление осадки в течение времени, необходи­мого для остывания стыка, и визуально контролируют полученное сварное соединение по размерам и конфигурации грата;

• извлекают трубы из зажимов центратора и проставляют на сварном соединении его порядковый номер.

Грат – материал, вытесненный из стыка при контактной сварке (рис. 24).

Рис. 24. Распределение линий текучести в стыковом шве

Перегрев нагревательного инструмента и превышение времени оплавления может привести к деструкции полимера.

Технологическая пауза – время между окончанием нагрева и соединением свариваемых поверхностей. Технологическая пауза должна быть минимальной из-за охлаждения нагретых торцов труб вследствие контакта с атмосферой.

Сварка при помощи соединительных деталей с закладными на­гревателями заключается в расплавлении полиэтилена на соединяе­мых поверхностях деталей (муфт, угловых отводов, тройников, седловых отводов, переходов и т д.) и труб за счет тепла, выделяемого при протекании электрического тока по заложенной в деталь электричес­кой спирали из металлической проволоки, и последующем естествен­ном охлаждении соединения. Этот метод сварки, иногда называемый муфтовым, применяют для соединения труб диаметром от 20 мм до 225 мм независимо от марки материала и показателя ПТР.

Основными технологическими па­раметрами являются:

• напряже­ние электрического тока, подава­емое на спираль детали;

• время оплавления (сварки), в течение ко­торого происходит разогрев спи­рали и свариваемых поверхностей и образование сварного соедине­ния;

• время охлаждения получен­ного соединения.

Значения пара­метров указываются на этикетке штрихового кода, сопро­вождающей каждую деталь, или отлиты на корпусе детали.

Технологический процесс сварки труб с помощью соединитель­ных деталей с закладными нагревателями ведется в следующей последовательности:

• обработанные концы труб вводят внутрь соединительной дета­ли до упора (для седловых отводов – одевают отвод на трубу);

• закрепляют трубы вместе с соединительной деталью в специ­альном центрирующем и фиксирующем приспособлении (позиционере);

• подсоединяют аппарат к электрической сети или автономному электрогенератору, обеспечивающему необходимое напряжение и мощность;

• присоединяют сварочный кабель к выходам закладного нагрева­теля детали;

• вводят в память аппарата требуемый режим сварки и контроли­руют по его дисплею заданное напряжение и время сварки;

• запускают процесс сварки нажатием кнопки «пуск» (после за­пуска цикла сварки весь необходимый технологический процесс про­ходит в автоматическом режиме);

• контролируют визуально прохождение процесса сварки (по дис­плею аппарата) и образование сварного соединения (по выдвижению индикаторов сварки);

• после окончания сварки и естественного остывания полученно­го соединения извлекают трубы из зажимов позиционера и простав­ляют на сварном соединении его порядковый номер краской или мар­керным карандашом.

В процессе охлаждения сварного шва происходит переход полимера из вязкотекучего состояния в твердое. От скорости охлаждения зависит зарождение и рост кристаллических образований. При большой скорости центров кристаллизации образуется много и их рост происходит медленно, при этом образуется мелкокри­сталлическая структура, обуславливающая пластичность материала. И наоборот, при медленном охлаждении расплава формируется крупно­кристаллическая структура материала, наличие которой увеличивает склонность полиэтилена к хрупкому разрушению. На скорость охлаждения определяющим образом влияет температура окружающего воздуха. установленный для сварки интервал температур окру­жающего воздуха от минус 15 до + 40 °С является максимально допусти­мым с точки зрения обеспечения надежности сварных соединений. При сварке труб при температу­рах воздуха более +30°С после 2-3-минутной выдержки при естествен­ном остывании можно рекомендуется искусственное охлаждение сты­ков водой.