Способ стыковой сварки деталей из полимерных материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 29 С 65/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3822728/23-05 (22) 07.12.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (71) Омский политехнический институт, МВТУ им. Н.Э.Баумана и Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объединения "Уралмаш (72) С.Б.Березнев, И.В.Мозговой, В.Е.Ощепков, С.С.Волков и Г.А.Рябкова (53) 678.029.438(088.8) (56) Бекмурзаев Л.А., Волков С.С., Орлов IO.Í. Ультразвуковая сварка термопластов с тангенциальным вводом колебаний и относительным перемещением элементов. — Сварочное производство, 1981, № 2, с. 31-32.

Авторское свидетельство СССР

952638, кл. В 29 С 27/02, 1980.,.SU» 1245442 А1 (54)(57) СПОСОБ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий подогрев зоны стыка деталей,тангенциальный ввод в нее ультразвуковых колебаний, стыковку и сжатие деталей с приложением давления сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения при сварке деталей из полиамида, подогрев зоны стыка дета— леи осуществляют до достижения высокоэластического состояния полиамида, а ультразвуковые колебания в зону стыка вводят после ее подогрева через одну из деталей на расстоянии от стыка, равном половине длины по-перечной волны, причем стыковку и сжатие деталей осуществляют перед подогревом зоны стыка.

1245442

Способ относится к области сварки пластмасс, а именно к способам сварки встык профильных изделий из термопластичных материалов, имеющих узкий интервал вязко †текуче состоя- 5 ния и низкую вязкость в этом состоянии, в частности полиамида.

Цель изобретения — повышение прочности сварного соединения: при сварке деталей из полиамида. i0

Указанная цель достигается за счет кратковременности нахождения полиамида выше температуры плавления и связанного с этим снижения степени окисления и разложения расплава полиамида, а также за счет наличия в зоне шва сдвиговых деформаций, нормальных плоскости стыка и связанной с этим интенсификации процесса перемешивания расплава. 20

На фиг. 1 изображен процесс стыковки деталей и подогрева зоны стыка; на фиг. 2 — ввод ультразвуковых колебаний; на фиг. 3 — фо.рмирующее устройство, продольный разрез; на 25 фиг. 4 — то же, поперечньй разрез.

Способ стыковой сварки деталей из полимерных материалов заключается в слецующем.

Сектора 1 и 2 изделия закрепляют в непопвижном 3 и подвижном 4 зажимах соответственно и стыкуют с приложением усилия сварки таким образом„ чтобы стык располагался посередине нагревателей 5 формирующе—

35 го устройства, состоящего из двух разъемных полуформ-верхней 6 и нижней 7. Нагреватели 5 выполнены из нихромовой проволоки и размещены посередине полуформ в пазах по про- 40 филю изделия.

Нагревателями 5, подключенными к источнику питания, подогревают зону стыка до высокоэластическогс состояния (фиг. 1!. Температуру нагрева контролируют термопарой или предварительно устанавливают на источнике напряжения, соответствующую температуре нагрева.

После разогрева полиамида в зоне стыка до высокоэластического состояния посредством ультразвукового инструмента 8 в зону стыка вводят ультразвуковые колебания (фиг. 2).

Для предотвращения значительного прогиба сектора 2 и обеспечения постоянного контакта излучающей г1оверхности ультразвукового инструмента 8 с поверхностью сектора 2 под инструментом 8 предварительно устанавливается упругая опора 9 из рези— ны. Для обеспечения большей площади контакта между инструментом и изделием излучающая поверхность инструмента 8 имеет профиль свариваемого изделия.

Ультразвуковые колебания в зону стыка вводят через одну из деталей, в частности, сектор 2, закрепленный в подвижном зажиме. Ввод ультразвуковых колебаний осуществляют на расстоянии от стыка, равном половине длины поперечной волны, тангенциально плоскости стыка. Под действием ультразвуковых колебаний происходит разогрев подогретого материала в зоне стыка цо вязкотекучего состояния и интенсивное перемешивание рас— плава.

Так как наибольшие потери ультразвуковой энергии происходят при высокоэластическом состоянии полиамида, то в зоне стыка после предварительного нагрева температура растет быстрее, чем на других участках, находящихся в нормальных условиях в стеклообразном состоянии, При тангенциальном вводе ультразвуковых колебаний перпендикулярными к плоскости стыка являются поперечные колебания. Поперечные колебания способствуют взаимному проникновению расплавов свариваемых кромок.

Поэтому стык рационально размещают на расстоянии от места ввода УЗ колебаний, равном и. Л/2 поперечной волны, т.е.в местах максимальной амплитуды поперечных колебаний, где

3. — длина волны, п — натуральное число.

Ввоц ультразвуковых колебаний со стороны подвижного зажима позволяет .в процессе сварки при осадке деталей вводить в контакт с ультразвуковым инструментом новые холодные слои материала, в результате чего поддерживаются псстояннями в гроцессе сварки условия передачи ультразвуковой энергии и исключается сплавление материала в месте ввода ультразвуковых колебаний.

Л р и м е р. Сваривали полиамидную манжету по МН5652-65 встык из четырех секторов. Сварку секторов осуществляли в приспособлении,обеспечивающем необходимый диаметр ман1245442 жеты. Ультразвуковая система состоит из генератора УЗГ-4М и преобразователя IIMC-15. Ультразвуковой инструмент имеет коническую или ступенчатую форму. 5

Оптимальные режимы сварки были определены в результате предварительных исследований и испытаний образцов на растяжение по ГОСТ 11262-80.

В процессе исследований изменялись О следующие параметры сварки: температура предварительного нагрева Т = 160 — 235 С; давление осадки Р = О 08 0 20 МПа

Расстояние от стыка до ультразву- 1 кового инструмента S = 0 — 40 мм.

Сварк à о бр азцов произ водилась при следующих постоянных параметрах сварки: частота ультразвуковых колебаний

f = 20 кГц; амплитуда колебаний A = 35

40 мкм; продолжительность ультразвуковых колебаний L> = 1,0 — 1,5 с.

Прочность при испытании на растяжение основного материала составила

3,95 кг/мм

Наибольшая прочность сварного соединения получается при предварительном подогреве зоны стыка до температуры 210 †2 С, что на 6-11 ниже температуры плавления полиамида

610 и соответствует высокоэластическому состоянию полиамида; использовании давления осадки О, 12 МПа; вводе ультразвуковых колебаний на расстоянии от стыка 15 мм.

1245442

Составитель Н. Елисеева

Редактор А.Сабо Техред O.Ñoïêo Корректор Е.Сирохман

Заказ 3947/9

Тираж 640 Псдписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4