Тернопольский ремонтно-механический завод и Львовский орцена Ленина политехнический ;,.", институт (71 ) Заявители (54) СПОСОБ СВАРКИ ВСТЫК ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ

МАТЕРИАЛОВ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Изобретение относится к области сварки пластмасс, а именно к способам сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением.

Известен способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным из- > лучением, при котором источник излучения вводят в зазор между кромками соединяемых деталей, например труб,нагревают кромки с помощью излучения до вязкотекучего состояния, затем источник излучения выводят, после чего оплавленные кромки прижимают торцами друг к другу (осаживают), формируя тем самым шов (1 ).

Недостаток способа заключается в том, что он не может быть применен для сварки встык тонколистовых широкополосных материалов, например поливинилхлоридного линолеума, Это связано с тем, что технологический зазор между свариваемыми листами линолеума

Ю имеет малую ширину (порядка 0,8-1,2мм), вследствие чего вводить в него источник излучения не представляется возможным. Если же листы располагать друг относительно друга с достаточно большим зазором, то при последующем сдвигании их (после оплавлении кромок не обеспечивается совпадение торцов по всей длине шва и не достигается равномерное прижатие кромок друг к другу.

Наиболее близким к изобретению пс технической сущности и достигаемому результату является способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением, включающий нагрев соеднняемых кромок до вязко. екучего состояния, сдавливание их и формирование шва путем заглаживаннн сваренных кромок (2 ).

Недостатком указанного способа является относительно низкая прочность получаемого сварного соединения. Это обусловлено тем, что при нагреве кромок по данному способу их торцы не оплавляются (поскольку они

870164

Листы линолеума 1, 2 расстилают на твердом основании 3 параллельно друг другу с зазором шириной 0,81,2 мм между их торцами. На кромки

S5 затеняют друг друга), вследствие чего сварной шов получается односто1 ронниъ. В,процессе заглаживания оплавленных верхних краев кромок расплав частично продавливается в нижнюю часть стыка, однако достаточно прочного соединения не получается, так как нижние края кромок находятся (при небольшой толщине материала) в слегка размягченном (эластичном) 10 состоянии, что не обеспечивает формирование в шве однородной и, следовательно, прочной структуры. Кроме того, при значительной толщине листов материала (4-5 мм и более) на границе раздела поверхности слоев кромок образуются несплошности (воздушные включения), что также снижает прочность соединения.

Целью изобретения является повышение прочности сварного соединения.

Укаэанная цель достигается тем, что в способе сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением, включающем нагрев соединяемых кромок до вязкотекучего состояния, сдавливание их и формирование шва путем заглаживания сваренных кромок, в процессе сдавливания кромок расплав в зоне шва приводят в объемно-колебательное движе30 ние путем сообщения кромкам метни ческих колебаний навстречу друг другу в направлении их сдавливания и одновременно в направлении, перпендикулярном к поверхности .материалов со стороны их нагрева, а заглаживание сваренных кромок производят при наложении на них механических колебаний в перпендикулярном к поверхности материалов направлении.

Перед сдавливанием торцы кромок приводят в колебательное движение друг относительно друга в плоскости стыка.

Такое осуществление способа обеспечивает равномерный нагрев стыка соединяемых материалов по толщине, что 4> повышает прочность сварного соединения.

На фиг. 1 r 4 схематически пооперационно изображен процесс сварки термопластичных материалов (на примере 50 поливинилхлоридного линолеума).

Способ сварки встык термопластичных материалов заключается в следующем. листов накладывают полоску технологической (антиадгезионной) пленки 4 из.. целлофана или фторопласта. Зону нагрева материала ограничивают продолговатой. металлической пластиной 5, располагаемой вдоль стыка. Одновременно пластину 5 используют в качестве прижимного элемента, обеспечивающего выравнивание кромок и равномерное их .прилегание к ососнованию 3.

На состыкованные кромки листов 1 и

2 направляют концентрированный поток инфракрасного излучения (фиг. 1) с помощью которого производят нагрев материала в зоне, ограниченной пластиной 5. При этом кромки листов на участках шириной 10-15 мм по обе стороны от стыка размягчаются (т.е. материал в зоне нагрева переходит в эластическое состояние), а верхние края кромок оплавляются (материал на краях кромок шириной порядка 5 мм переходит в вязкотекучее состояние). Оплавленные края слегка вспучиваются и под действием обжимающих усилий, создаваемых пластиной 5 и пленкой 4, сближаются (Фиг.2)

Пластину 5 и nîòîê лучей плавно перемещают вдоль стыка, одновременно с этим производя сдавливание (осадку) размягченных участков кромок боковыми поверхностями радиусной ,проточки на катке 6 (фиг. 3). При этом на стыке в зоне формирования шва образуется валик оплавленного материала.

В процессе сдавливания (осадки) кромок расплав в зоне формирования шва посредством катка 6 приводят в сложное, объемно-колебательное движение. Каток, совершая колебания в перпендикулярном к поверхности листов направлении, например с частотой

50-100 Гц, периодически сжимает своими крайними выпуклыми частями удаленные от стыка участки кромок. Могут быть использованы также колебания ультразвукового (20-50 кГц) или низкочастотного (порядка 5-10 Гц) диапазонов. Частота и амплитуда колебаний выбирается в зависимости от .реологических свойств свариваемого материала, толщины листов и условий сварки (применения защитной пленки, наличия зазора между торцами листов, загрязненности материала и др.)

Поскольку удаленные от стыка участки кромок находятся в эластическом состоянии и, следовательно, обладают упругостью, то периодическое сжатие е

8701 их в поперечном направлении трансформируется внутри материала в колебательное движение его слоев и макромолекул в продольном направлении(перпендикулярном к торцевым поверхностям листов). В результате зазор между торцами листов периодически сужается и расширяется, за счет чего ускоряется перетекание расплава полимера из верхней части стыка в нижнюю и вытеснение -из него воздушных включений.

Одновременно с этим каток 6, сдавливая валик оплавленного материала .с боков своей средней, вогнутой частью, сообщает колебательные движения поверхностным слоям расплава. Эти колебательные движения, задаваемые в вертикальном направлении, в силу вогнутости указанной рабочей части катка .преобразуются в колебания расплава в направлениях сдавливания (осадки) кромок (фиг. 3), чему способствует также текучесть расплава. Вместе с тем в целом расплав в зоне формирования шва под действием катка 6 колеблется в направлении, перпендикулярном направлению осадки.

Вследствие .описанного объемноколебательного движения расплава соз- ЗО даются благоприятные условия для взаимопроникновения макромолекул и элементарных объемов полимера через границу раздела поверхностных слоев на торцах кромок под действием прилагае- ЗЗ мых внешних сил. При этом колебание макромолекул и частиц полимера в направлениях сдавливания кромок навстречу друг другу, т.е. в горизонтальных плоскостях, способствует проникнове- 40 нию между ними макромолекул и частиц из верхних слоев расплава под действием вертикальных составляющих внешних сил, а колебание макромолекул и частиц в направлениях, перпендикулярных 45 направлениям сдавливания, т.е. в вертикальных плоскостях, обеспечивает их взаимопроникновение под действием горизонтальных составляющих внешних сил, йаправленных в зоне формирования шва навстречу друг другу. В результате улучшается и ускоряется перемешивание расплава, материал уплотняется, более интенсивно и полно удаляются из него несплошности воздушные включения).

Благодаря этому образуется сварное соединение с более однородной структурой, за счет чего повышается прочность шва.

64 6

Ускоренное перетекание расплава полимера из верхней части стыка в ниж нюю при осадке кромокприводит к оплавлению тонкого поверхностного слоя материала на торцах листов (поскольку расплав при быстром поступлении в:saзор между торцами не успевает охладиться)..Вследствие этого улучшается схватывание расплава с основным материалом в нижней части стыка, что также повышает прочность соединения, t

Заглаживание кромок также произво . дят при наложении на формируемый шов механических колебаний цилиндрическим катком 7. На этом этапе сварки их задают в перпендикулярном к поверхности листов направлении непосредственно в зоне стыка (фиг. 4), за счет чего ускоряется уплотнение шва и происходит частичное проникновение расплава в тканевую основу линолеума с тыпьной стороны, что дополнительно упрочняет соединение.

При сварке материалов, .не имеющих тканевой основы, интенсивно продавливаемый в зазор и тут же уплотняемый эа счет колебаний расплав дополнительно разогревают и соединяют нижние края кромок, образуя практически двусторонний шов.

B некоторых случаях, например при сварке листов (деталей), состыкован- ных без технологического зазора между их торцами или с очень узким зазором (до 0,5-0;8 мм), перед сдавливанием кромок целесообразно приводить в колебательное движение друг относительно друга и плоскости стыка. За счет этого образующийся при нагреве на краях кромок валик вспученного и частично сварившегося материала (фиг. 2) разрушается, что в дальнейшем (в процессе сдавливания кромок) дает возможность расплаву беспрепятственно проникать в нижнюю часть стыка. Этот прием следует применять также при сварке материалов, имеющих свойство значительно расширяться при нагреве, вследствие чего технологический зазор может оказаться перекрытым. Для сообщения торцам кромок относительных колебаний в плоскости стыка может быть использован, например, специальный дополнительный ролик с радиусной проточкой посередине, устанавливаемый перед сдавливающим. роликом 6 с возможностью качания оси в плоскости, перпендикулярной к плоскости стыка.

870164

Предлагаемый способ обеспечивает повышение грочности шва на 20-25Х.

Наряду с этим интенсификация реологических процессов в зоне формирования шва дает воэможность проводить сварку более ускоренно. За счет этого производительность сварки увеличивается в 1,2-1,5 раза. В ряде случаев,, Э например при сварке тонколистовых материалов и материалов, обладающих относительно небольшой вязкостью в расплавленном состоянии, применение описанного способа сварки, обеспечивающего интенсивное перемещивание расплава, позволяет на 10-15Х уменьшить мощность нагрева с помощью

ИК-излучения. Это, so-rrepa@ac, дает возможность снизить энергоэатраты на производство сварочных работ, и вовторых, повысить долговечность источников ИК-излучения. Ускоренное перемешивание расплава при сварке термопластов, имеющих узкий интервал вяэкотекучего состояния, исключает термодеструкцию перемещения слоев материала под действием ИК-излучения, что позволяет расширить диапазон варьирования режимов сварки (температура нагрева и скорости перемещения источников ИК-излучения). Это облегчает выполнение сварочных работ и подбор требуемого режима в зависимости от свойств материала и условий сварки.

Формула изобретения

1, Способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением, включающий нагрев соединяемых кромок до вязкотекучего состояния, сдавливание их и формирование шва путем заглаживания сваренных кромок, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, сварного

1о соединения, в процессе сдавливания кромок расплав в зоне шва приводят в объемно-колебательное движение путем сообщения кромкам механических колебаний навстречу друг другу в на-. правлении их сдавливания и одновременно в направлении, перпендикулярном к поверхности материалов со стороны их нагрева, а заглаживание сва- ренных кромок производят при наложении на них механических колебаний в

20 перпендикулярном.к поверхности материалов направлении.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, перед сдавли. ванием торцы кромок приводят в колебательное движение друг относительно друга в плоскости стыка.

Источники информацииу принятые во внимание при экспертизе

30 1. Зайцев К.И. и др. Сварка пласт. масс. N., "Иашиностроение", 1979.

2. авторское свидетельство СССР

У 238772, кл. В 29 С 27/06, 1968 (прототип).

870164

Составитель Н. Елисеева Редактор Н. Потапова Техред Т.Маточка Корректор В. Вутяга.

Заказ 8810/37 Тираж 697 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4