Способ ультразвуковой стыковой сварки деталей из полимерных материалов
Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к ультразвуковой сварке трубчатых деталей из термопластичных полимерных материалов встык. Цель - повышение качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике. Для этого в способе ультразвуковой стыковой сварки деталей из полимерных материалов при введении между соединяемыми поверхностями деталей присадочного материала осуществляют линейный контакт его с металлическим сердечником, размещая присадочный материал с зазором относительно соединяемых поверхностей. При пропускании через присадочный материал ультразвука осуществляют формование из него вокруг металлического сердечника промежуточного трубчатого элемента с соединением его продольных кромок и течение присадочного материала в продольном направлении на наружную поверхность трубчатых деталей, осуществляя ввод ультразвука в трубчатые детали через расплав присадочного материала. 6 ил.
СОЮЗ CODE ГСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
i ГОСУДАРСТВЕН! !ЫИ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНГ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 44 64 044/05 (22) 21.07.88 (46) 15.08.91, Бюл. No 30 (71) Ташкентский автомобильно-дорожный институт (72) Б.Я. Черняк, Б.Э. Фр нкель, В,А, Боков, Ф.Е. Ляшко, В.Д. Варкалист, lO.Н, Вершинин и Г,Г, Свалов (53) 678.029.438 (088.8) (56) Тростянская Е,Б. и др. Сварка пластмасс. М,: Машиностроение, 1967, с. 48-54. Волков С.С, и др. Сварка пластмасс ультразвуком, М., Химия, 1986, с. 18, (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ CTblKOВОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРH bl X МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к ультразвуковой сварке трубчатых деталей из термопластичных полимерных материалов встык. Цель — повышеИзобретение относится к сварке пластмасс, а именно к ультразвуковой сварке трубчатых деталей из термопластичных полимерных материалов встык, Цель изобретения — повышение качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике. На фиг.1 изображено расположение свариваемых деталей и присадочного материала относительно друг друга и рабочих торцов волноводов в аксонометрии перед сваркой; на фиг.2 — то же, поперечное сечение, перед включением ультразвука; на фиг.3 — то же, в процессе формования промежуточного трубчатого элемента; на фиг.4 — продольное сечение образующегося свар,, Б0„„1669749 А1 ние качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике, Для этого в способе ультразвуковой стыковой сварки деталей из полимерных материалов при введении между соединяемыми поверхностями деталей присадочного материала осуществляют линейный контакт его с металлическим сердечником, размещая присадочный материал с зазором относительно соединяемых поверхностей. При пропускании через присадочный материал ультразвука осуществляют формование из него вокруг металлического сердечника промежуточного трубчатого элемента с соединением его продольных кромок и течение присадочного материала в продольном направлении на наружную поверхность трубчатых деталей, осуществляя ввод ультразвука в трубчатые детали через расплав присадочного материала. 6 ил. ного соединения перед выключением ультразвука; на фиг.5 — график зависимости диссипации (F) энергии от удаленности от центра металлического сердечника Го ,где г, ro, R — текущий внутренний Лo lo и наружный радиусы промежуточного трубчатого элемента соответственно; на фиг.6— график распределения по длине промежуточного трубчатого элемента напряжения электрического пробоя сварного соединения, Способ ультразвуковой стыковой сварки деталей из полимерных материалов заключается в следующем. Присадочный термопластичный материал (фиг.1 и 2) s виде присадочных элемен1669749 10 ! 50 тое 1, образующих при уклад»>еании на металлический сердечник 2 линейный геометрический контакт с ним, размещают с зазором между соеди>сяесль>ми поверхностями трубчатых да1алей 3, расположенных на сердечнике 2. И качестве присадочных элементов 1 используют, напри>:ер, приэматическио терслопластичные пластины или цилиндры в паре с цилиндрическим металлическисл сердеч»иком, Присадочные элементы 1 сжимают между сварочными волноводами 4 и включают ультразвук. Вследствии того, что контакт присадочных элементов 1 B. II .Iäå и l3cT11>I с сердечником 2 осущестоля>от по линии, о этой зона возникают. значительные напряжения и происходит преимущестгенный разогрев ее. Это, о свою очаС.. дь, обуслао:I»n >а. «ла стикацию присадочно>о мз>ер.>а >з и с, ормозание из него >1рослежуточного трубчатого элемента 5 (фи>,3). Пр I этом диссипация Я энергии о слоях. при1 а>ощих K металли >ескому cop)go.«tl;IKó, на 30-10% бол,шз, >ем ь других зонах сеа,.ки (фиг.5), ч > о >1озволяет сохранить nðåèë óщаc гоанIt>It разогрев внутренних слоев присадочнсч о ма>ариола, Крома того, при сварке с зазоросл между присадочными элеме >гани 1 и трубчатыми деталями 3 дисси >ация энергии распределяется о соотоетстеии с кривой 6, о то opoMII, как при сварке беэ зазора — в соответствии с кривой 7 (фиг.5). Таким образом, сварка с зазором. т.е. при отсутствии акустического Ko>IIBKTB между присадочными элементами 1 и трубчатыми деталясли 3 позволяет увеличить диссипацию энергии почти на 30%, Образовавшийся на границе между присадочным материалом и сердечником 2 расплав 8 (фиг,3) вытесняют о сторону продольных швов 9 промежуточного трубчатого элемента 5 в направлении, показанном стрелками 10. Сварные соединения. соответстоу>о>циа э>ому моменту, характеризуются напроварами в стыковых шоа:: 11 между соединяемыми деталями 3 и промежуточным трубчатым элементом 5 (фиг.6). Эт.. связано с 1ем, что BQct образующийся расплав 8 ВыдаВлиВают е зону продольнь>х >оооо 9, Как видно из фиг,б, около 60% электрических пробоев приходится на с, ь коеые швы 11 (кривая 12 и 13), причем,oK" и>1альная величина напряжения пробоя (0=20 кБ) составляет около 0,3 от напряжения пробоя трубчатой детали 3. Это свидетельствует об отсутствии герметичности в зоне стыковых швов 11. Чтобы избежать этого, часть расплава >сак>плива>от в накопителе, образованном карманами 14, выполненными на средней «асТ боковых non<,pxHoc гей, примыкающих к рабочим торцам волноводов 4, и щеками 15, образующими с боковыми поверхностями волнооодоо зазор 16 в виде капиллярной щели (фиг.3), Формование производят одновременно со сваркой продольных швов 9 промежуточного трубчатого элемента 5. V зтосиу моменту времени накопитель заполн,>к > а»лаоом 8 и так как жидкость несжимаема, течение расплава в направлении 10 прекращают, поэтому дальнейшее формооание промежуточного трубчатого элемента 5 сопровождается течением оставшейся части расплаоа 8 вдоль металлического сердечника 2 внутри формуемого промежуточного зламе>ста 5 в сторону, показанную стрелками 17 (фи>.4). Этим расплаеом запас»>я>от стыки 11 между промежуточным труб >атым элементом 5 и трубчатыми деталями 3 и вытесняют его на нару>к>сую поверх>,ость трубчатых деталей 3. В связи с этим дальнейшее введение ультразвука производят через вытекший расплав о s рубчатые детали 3, что обеспечивает дополнительно получение между деталями 3 и промежуточным трубчатым элеменTîì 5 не только стыковых 11, но и нахлесточных 18 соединений, значительно пооыша>ощих качество сеарного соединения о целом. Для получения хорошего перемешиоания расплава трубчатых деталей и присадочно> о материалов о зоне нахлестки 18 выключение ультразвука производят послс определанного времени воздействия на оcl oD>loé Moтериал деталей 3 через расплав присадочного материала, оытекший на трубчатые детали. Это достигают за счет того, что длину рабочих торцов волllîBoäîâ 4 и щек накопителя 15 выбирают существенно большей, чем расстояние между соединяемыми трубчатыми деталями 3. При этом выключение ультразвука производят после появления натека 19 (фиг.4) расплава из-за боковых торцов волноводов, что устанавливают в простейшем случае оизуально. Пример, Соаривают трубчатые детали из полиэтилена высокой плотности марки 201-07К, 206-07К с наружным диаметром 10,5 мм и внутренним диаметром 5 мм, расположенные на медном сердечнике диаметром 5 мм на расстоянии 30 мм одни от других. Б качестве присадочного материала используют призматические пластины из того же материала толщиной 8 мм, т.е. в 2,9 раза больше толщины трубчатых деталей, и дли>>ой 28 мм так, что при укладке их на медный сердечник между этими пластинами и трубчатыми деталями образуется зазор. 1669749 Превышением толщины присадо IHblx элементов по сравнению с толщиной трубчатых деталей обеспечивают избыток материала, расплав которого используют для сварки продольных швов промежуточного трубча- 5 того элемента, накапливание в накопителе, сварку стыков и образование нахлесточного соединения промежуточного трубчатого элемента с трубчатыми деталями, Задание объема накапливаемого рас- 10 плава обеспечивают размером карманов, выполненных на боковых поверхностях волноводов, примыкающих к рабочим торцам с зазором Ьмежду этими поверхностями и щеками накопителя. В данном случае 15 размеры карманов выбирают 1,4х4х60 и Л- 0,5 мм, Сварку производят с двусторонним подводом энергии, волноводами, имеющими профильные канавки, соответствующие 20 необходимой форме промежуточного трубчатого элемента. Могут использоваться и вол новоды с плоскими рабочими торцами. В этом случае наружный контур промежуточного трубчатого элемента имеет прямо- 25 угольную форму. Длину волноводов выбирают 100 мм, т,е. более, чем в три раза больше расстояния между соединяемыми трубчатыми деталями. Этим обеспечивают воздействие ульт- 30 раэвука на трубчатые детали через натекающий на них расплав, что необходимо для образования нахлесточного соединения. Выключение ультразвука производят по моменту появления расплава 35 из-за боковых торцев волноводов, который, например, устанавливается визуально. В случае сварки трубчатых деталей с другими геометрическими размерами размеры присадочных пластин, карманов, за- 40 зор и длины волноводов подбирают экспериментально. Качество соединения оценивают двумя критериями: герметичностью и механи45 ческой прочностью при изгибании вокруг барабанов различного диаметра. Герметичность сварных швов характеризуют величиной пробивного напряжения (u). приложенного между медным стержнем и токопроводящей жидкостью, в которую помещалось сварное соединение. При оценке механической прочности чем меньше диаметр (0) барабана, вокруг которого изгибают соединение, тем больше его прочность. Сварка по предлагаемому способу позволяет увеличить напряжение пробоя до значения, составляющего около 95 от основного материала. При этом даже при трехкратных загибах на барабане диаметром 10 мм разрушение соединения не происходит. Формула изобретения Способ ультразвуковой стыковой сварки деталей иэ полимерных материалов, включающий введение между соединяемыми поверхностями деталей присадочного материала и пропускание через него ультразвука, отл и ча ю щий ся тем.что,с целью повышения качества сварного соединения при сварке трубчатых деталей, расположенных на металлическом сердечнике, при введении между соединяемыми поверхностями деталей присадочного материала осуществляют линейный контакт его с металлическим сердечником, размещая присадочный материал с зазором относительно соединяемых поверхностей, а при пропускании через присадочный материал ультразвука осуществляют формование из него вокруг металлического сердечника промежуточного трубчатого элемента с соединением его продольных кромок и течение присадочного материала в продольном направлении на наружную поверхность трубчатых деталей, осуществляя ввод ультразвука в трубчатые детали через расплав присадочного материала, 1669749 7I< 16g974<3 1669749 г5 го f5 с 01 00 08 Составитель Н. Елисеева Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор М. Кучерявая Редактор В. Ковтун Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2705 Тираж 381 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
