Способ сварки термопластичных полимерных материалов
Использование: изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при сварке волокнистых нетканых синтетических материалов. Сущность изобретения: в способе сварки термопластичных полимерных материалов оплзвление соединяемых кромок совмещают с их резкой. При этом осуществляют вертикальную подачу нагретых инструментов, установленных с наклоном друг к другу. Скорость подачи инструментов 1,0-3,0 мм/с. Температура нагрев.а инструментов Т.н(2-3) Тпл, где Тпл температура плавления материала. 3 ил.. 1 табл.
COIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 В 29 С 65/18
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4871168/05 (22) 04,10.90 (46) 15,04,93.Бюл,М 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (72) Б,Ф,Виндт и НЛ,Сергеева (56) Авторское свидетельство СССР М
1344619, кл. В 29 С 65/18, 1987. .Авторское свидетельство СССР N
1558696, кл. В 29 С 65/18, 1990. (54) СПОСОБ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТИЧ° НЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при сварке волокнистых нетканых синтетических материалов.
Цель изобретения — расширение области использования способа и повышение производительности.
Укаэанная цель достигается тем, что в способе сварки термопластичных полимер. ных материалов, включающем резку и оплавление соединяемых кромок по всей их длине нагретыми инструментами, вводимыми в материал под углом 84-87 к поверхности свариваемых полотнищ, и осадку нагретых кромок, согласно изобретению, . оплавление соединяемых кромок совмещают с их резкой, осуществляя при этом вертикальную подачу нагретых инструментов, установленных с наклоном друг к другу, со скоростью 1,0-3,0 мм/с, причем температура нагрева инструментов Т„=(2-3) Т, „где
T» — температура плавления материала, На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 — об Ы 1808727 А1 (57) Использование; изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при сварке волокнистых нетканых синтетических материалов. Сущность изобретения; в способе сварки термопластичных полимерных материалов оплавление соединяемых кромок совмещают с их резкой, При этом осуществляют вертикальную подачу нагретых инструментов, установленных с наклоном друг к другу.
Скорость подачи инструментов 1,0-3,0 мм/с. Температура нагрева инструментов
Тн=(2-3) Т», где Tnn — температура плавления материала. 3 ил., 1 табл. щий вид полотнища; на фиг.3 — сечение А-А на фиг,2, Способ сварки термопластичных полимерных материалов реализуется с по- мощью устройства, содержащего сварочный стол-центратор, имеющий горизонтальные центрирующие зажимы: 1 — не- ъ подвижный, 2 — выполненный с С)О возможностью горизонтального возвратнопоступательного перемещения, и траверсу
3, смонтированную с возможностью верти. кального возвратно-поступательного перемещения. Для ограничения величины осадки зажимы1,2 имеют регулируемые упо- 4 ры 4, На траверсе 3 установлены держатели
5, в которых укреплены с возможностью отюй клонения от вертикальной оси сварочные инструменты 6 в виде натянутых металлических лент, подключенных к источнику электрического тока (на чертеже не показан).
Способ сварки заключается в следующем.
Свариваемые кромки полотнищ 7 закрепляют в зажимах 1 и 2 устройства. Выход
1808727 кромок материала за губки зажимов во избежание его провисания не должен превышать величины, равной 10д, где д,— толщина свариваемого материала. Резку материала производят одновременно по всей длине свариваемых кромок с целью их выравнивания и оплавления перед свариваемых кромок с целью их выравнивания и оплавления перед сваркой. Оплавление кромок совмещают с их резкой, осуществляя при этом вертикальную подачу нагретых инструментов 6, установленных с наклоном друг к друГу.
Процесс осуществляют с помощью инструментов — натянутых металлических лент
6, нагретых до температуры Тн=(2-3)Тпо, где
Т» — температура плавления материала, поддерживаемая постоянной в течение всего цикла сварки, Резку материала осуществляют путем расплавления волокон, входящих в контакт с вводимым инструментом. Установлено экспериментально, что при температуре нагретого инструмента Тн выше 3 Тлл, происходит практически мгновенное сгорание расплава нетканого синтетического материала, образовавшегося при контактировании с инструментом и необходимого для образования сварного соединения, что вызывает снижение прочности сварного соединения и появление и рожогов.
Снижение температуры нагрева ниже 2 . Тпн приводит к значительному увеличению времени, необходимого для процесса самоочистки нагревателя и, как следствие этого, к резкому снижению производительности процесса. Продукты сгорания налипших на инструмент волокон попадают в сварной шов, что приводит к снижению его прочности.
Процесс резки сопровождается усадкой материала,Во избежание отрыва оплавленного материала от инструмента при усадке и с целью накопления расплава на торцах, для получения прочного сварного шва на. гретый инструмент вводят под углом 84-87 к поверхйости материала. Установлено экспериментально, что при угле более 87 происходит отрыв торцов материала от инструмента, тем самым не происходит накопление необходимого количества расплава для получения сварного соединения. При угле наклона менее 84О образуется значительный скос кромок, что вызывает в процессе осадки вспучивание материала в зоне шва и ухудшение его качества, Ввод нагретого инструмента в зону реза осуществляется со скоростью =1,0-3,0 м м/с.
Экспериментально установлено, что уменьшение скорости ниже 1,0 мм/с приводит к увеличению времени контактирования инструмента с кромками свариваемого материала, черезмерному их перегреву, и, как следствие этого, к снижению качества свэр5 ного соединения, При увеличении скорости более 3,0 мм/с материал не успевает расплавляться, что приводит к деформации кромок и получению некачественного реза и сварного соединения, Завершающими этапами являются отвод нагретого инструмента из зоны реза, осуществляемый быстрым опусканием траверсы. После этого перемещением зажима
2 с полотнищем 7 в сторону неподвижного
"5 зажима 1 производят осадку оплавленных кромок до упоров 4 с образованием сварного соединения, После кратковременного охлаждения сваренные полотнища снимают и передают
20 на сматывающее устройство (на черт.не показано), Примеры осуществления способа.
Резке и сварке подвергались полотнища нетканого синтетического материала
25 (НСМ) на основе полипропилена (ПП) — варианты 1-22 (таблица 1) и полиамида (ПА)— варианты 23-44. Были сварены 44 партии образцов (таблица 1). Качество сварных соединений НСМ проверяли в процессе изме30 нения температуры нагрева инструментов, Скорость и угол реза находились при этом в указанных выше пределах. За критерий оценки качества взята прочность сварного соединения при испытании его на растяже35 ние. Кроме того, учитывали производительность процесса сварки, состояние инструмента после сварки и внешний вид сварного шва.
Результаты экспериментов представле40 н ы вариантами 1-8 (П П) и 23-30 (ПА) в табл,1.
Варианты 3-7 и 25-28, в которых температура нагрева инструмента, скорость и угол реза находятся в описываемых пределах, ббеспечивают хорошее качество свар45 ки, высокую производительность (20-30 сварок в час) и полную самоочистку инструмента. Состояние поверхности инструмента позволяет получить ровный и чистый от нагара рез кромок. Варианты 1,2,8 (ПП) и 23, 50 24, 29, 30 (ПП), s которых скорость и угол реза находятся в указанных выше пределах, но не соблюдены соотношения Тн и Тм . не обеспечивают хорошего качества сварки. В вариантах 1, 2, 23, 24 сварной шов неровный, с нагаром, производительность низкая (до 5 сварок в час), в вариантах 8, 30 — прожоги, неудовлетворительное качество сварки.
Качество сварного соединения НСМ и производительность процесса сварки про1808727 веряли и в зависимости от изменения угла реза; варианты 9-15 (ПП) и 31-37 (ПА). Варианты 10-13 и 32-35, температура нагрева инструмента в которых, а также скорость и угол реза находятся в описываемых пределах, обеспечивают хорошее качество сварки и высокую производительность процесса.
Варианты 9, 14, 15 и 31, 36, 37, в которых не соблюдены заданные пределы углов реза, не обеспечивают хорошего качества сварки.
Для вариантов 9 и 31 характерен неровный шов и низкая прочность сварного шва в результате недостаточного количества расплава в зоне сварки. Для вариантов 14, 15, 36, 37 иэ-за значительного скоса кромок образуется вспучивание материала в зоне шва, неравномерное проплавление кромок и резкое снижение прочности сварного соединения.
Нэ последнем этапе работы при сварке
Н CM — варианты 16-22 (ПП) и 38-44 (ПА) ва рьировали скорость реза свариваемого материала. Варианты 18-20 и 40-42, в которых все параметры находятся в описываемых пределах, обеспечили хорошее кэчество сварки и высокую производительность проПрочность сварного соединения при испытании на растяшенин
Производи- Состояние потельность верхности нагрепроцесса ватепьного инструмента
Пример
Угол 1Скорость
Качество сварки
Время сам»очист, инструмента, с
Температура инст рументаТ„, С реза
Ч! нн/с реза
Н/си ь
57-64 Неудовлетв. Низкая
40-45
1 256 85
Частичная само" очистка
Более
10 мин
2 306 85
3 340 85
1> 360 185
5 385 85
6 425 85
7 510 85
В 595 85
78-82 Удовпетв.
55-58
65-69
68-70
65-70
63-68
63-66
350
92-98
90-100
Удовпета. Полная сам»очистка
Хорошее
Высокое
ll
Хорошее
Высокая
92-100
90-97
90-94
64-85
10
Неудовлетв, Игноеенное сго45-80 рание
64-71 Неудовлетв. Высокап
Полная са>юочистка
10
45-50
55-60
68-70
66-70
65-68
52-55
46-5l
42-46
78-85 Хорошее
60
97-100
94-100
92-97
74-78
65-70
6Q-65
60"71
Высокое
Высокое
Высокое
Удовлетв.
Неудовлетв.
11
12
13
60
Высокая
ll н
60
Неудовлетв. Удовлетв.
0,5
0,8
42-50
65-68
68-70
66-68
l7
60
92-97 Хорошее
97-100 Высокое
Высокая
1,0
2i0
l9
94-97
78-87
67-74
3,0
55-58
47-52
3,2
3,5
Неудовлетв.
21 и
22
Пол>юй 50-60 самоочист50-60
Частичная са>юачистка
Низкая
23 ки ие проис холит
24 396 85
56-62 Удовпетв. Низкая
Более
10 нин
Частичная сам»очистка
56-62
85-90
25 440 85
26 500 85
Удовлетв. Полная сам»очистка
85-90 Хорошее
95-100 95-100 Высокое
Высокая
360 ,360
330
83
84
86
87
88
89
85 цесса, э то время как варианты 16, 17, 38, 39, в которых не соблюдены указанные соотношения скоростей реза, не обеспечивают хорошего качества сварки, Для вариантов 16, 5 17, 38, 39 характерен неровный шов (рва— ные крал). В вариантах 21, 22, 43, 44 — из-за увеличения скорости реза процесс реза не успевает осуществиться.
Формула изобретения
10 Способ сварки термопластичных полимерных материалов, включающий резку и оплавление соединяемых кромок по всей их длине нагретыми инструментами, вводимыми в материал под углом 84-87 к поверхно15 сти свариваемых полотнищ, и осадку нагретых кромок, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью расширения области использо-. вания способа и повышения производительности, оплавление соединяемых
20 кромок совмещают с их резкой, осуществляя при этом вертикальную подачу нагретых инструментов, установленных с наклоном друг к другу, со скоростью 1,0-3,0 мм/с, и ричем температура нагрева инструментов
25 Тн=(2-3) Тпд, гДе Тпп — темпеРатУРа плавления материала.
1808727
Прс)должение таблиц81
Темпера" Угол тура ин- реза струмен", та T С
Скорость реза
V, им/с
1 Качество сварки
Время
ПроизводиСостояние поверкности нагревательного инст.
Прочность сварного соединения при испытании на, растяшении
ll PItIII P т ел ь но с т ь ! процесса саиоочист, инстру" иента, t ° с
lllсм
95"100
90-97
80-84
95-100
90-97
Во-84
550 85
660 85
715 85
770 85
27
28
29
10
Хорошее
1,5
60-64 Неудовлетв. Высокая
60-64
Полная саиоочистка
Мгновенное сгорание
71-74
88-92
71-74
88-92
Неудовлетв.
Хорошее
2 .1, 2
95-100 Высокое
92"100
89-93
74-79
Хорошее
Удовлетв.
Высокая Полная сэмоочистка
65-71 Неудовлетв.
50-60
65-70
Удовлетв.
«11
Высокая
0,5
0,8
1,0
88-92 Хорошее
95-100 Высокое
95"100
92-95
75- 79
60-70
2,0
3,0
3,2
92-95
75-79 Удовлете.
60-70 Низкое
3,5 ь
П р и м е ч а н и е. Варианты "l; 1-22 - иатериап - полипропилен (ПП), Т,и «, 170 С, прочность материала Рр 70 Н/си
Варианты 41 23-44 -натериал - полиамид (ПД), Т„ » 220 C прочность материала Рр 100 Н/си
31
32
33
34
36
37
38
39
41
42
43
500 83
500 84
500 85
500 86
500 87
500 88
500 89
500 85
500 85
500 85
500 85
500 85
500 85
500 85
95-100
92-100
89-.93
74-79
65-71
50-60
65-70
88-92
1808727
Составитель Н.Елисеева
Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Л.Филь
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
Заказ 1251 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
