Устройство для сварки термопластичных материалов инфракрасным излучением

 

В.А. Омельченко, С.М. Хомский, А.Я. Яцук, М.Н.Могйлевич, И.Н. Синьковская и Н.Л. Мапашевский (72) Авторы изобретения

Тернопольский ремонтно-механический зажщ и Львовский ордена Ленина политехнический институт (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ

МАТЕРИАЛОВ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к устройствам для сварки термопластичных материалов инфракрасным излучением.

Известно устройство для сварки встык термопластичных материалов, на3 пример труб, инфракрасным излучением, содержащее плоский нагреватель (ИК-иэ. лучатель), механизм ввода нагревателя между кромками соединяемых труб и механизм их осадки

Недостатком устройства является ограниченная область применения. В частности, они не могут использоваться для сварки материалов, стыкуемых

35 по условиям технологии без зазора или с зазором малой ширины (порядка 0,81,2 мм).

Наиболее близким решением к предлагаемому является устройство для сварки термопластичных материалов инфракрасным излучением, содержащее корпус с расположенными в нем инфракрасными нагревателями с отражателями и прижимную пластину с П-образным выступом и продольной прорезью (2 ).

Недостаток. указанного устройства заключается в том, что он при относительно большой толщине листов (порядка 4 мм) не обеспечивает получение достаточно прочного шва, так как при нагреве с помощью ИК излучения состыкованных кромок их торцы оплавляются не по всей своей площади, а лишь по краям с той стороны листов, на которую направлено излучение.

Вследствие этого при последующем сдавливании (осадке) кромок получается поверхностный односторонний шов, имеющий пониженную прочность (не более

60Х прочности основного материала).

Указанный недостаток частично устраняется путем более длительного нагрева и проплавления материала по толщине. Однако при этом резко снижается производительность сварки, значительно увеличиваются знергозатраты на выполнение сварочных работ, происхо87228

40 дит термодеструкция материала в поверхностных слоях, что в свою очередь приводит к снижению прочности шва.

Применение более интенсивного нагрева ИК излучением также не дает положительных результатов, поскольку в этом случае, как и при длительном на греве, увеличивается термодеструкция материала.

Целью изобретения является повыше- >g ние прочности сварного соединения и производительности устройства.

Указанная цель достигается тем,что в устройстве для сварки термопластичных материалов инфракрасным излучением,содержащем корпус с расположенными в нем инфракрасными нагревателями с отражателями и прижимную пластину с П-образным выступом и продольной прорезью, прижимная пластина снабжена подпружиненным двуплечим рычагом, шарнирно установленным на поперечной оси, закрепленной на прижимной пластине, приводом вертикальных колебаний, кинематически связанным со свободным плечом рычага, и бойком, расположенным в прорези прижимной пластины перед П-образным выступом и связанным со свободным плечом рычага, причем рабочий торец бойisa выполнен с дугообразным вырезом.

П-образный выступ прижимной пластины выполнен в виде вставки, закрепленной на свободном конце рычага, а боек шарнирно смонтирован на дополЗ5 нительной оси, закрепленной на при- . жимной пластине, и снабжен хвостовиФ ком, взаимодействующим со вставкой.

Боек смонтирован на дополнительной оси, расположенной поперек прорези прижимной пластины.

Боек смонтирован на дополнительной оси, расположенной вдоль прорези прижимной пластины, и связан с выступом через тягу, На фиг. 1 изображено устройство, 45 продольный разрез, на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 1, увеличено, на фиг. 4— сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5— узел I нHа фланг, l увеличено (второй вариант); на фиг. 6 — то же (третий вариант); на фиг. 7 — сечение В-В на фиг. 6.

Устройство содержит продолговатый корпус 1, в котором,на изолирующих 55 панелях 2 установленьРинфракрасные нагреватели, например лампы 3, с расположенными над ними отражателями 4, 4 4 промежуточную пластину 5 и прижимную пластину 6. Промежуточная пластина 5, предназначенная для формирования потока излучения и концентрации его в зоне сварки, установлена в проеме нижней части корпуса. Панели с лампами и отражатели 4 закреплены на промежуточной пластине сверху. Прижимная пластина 6 крепится шарнирно к пластине 5 снизу посредством двух осей 7 и фиксируется относительно нее с помощью регулировочного винта 8. На верхней площадке пластины 6 установлен привод вертикальных колебаний 9, например электромагнитный, а в ее нижней, выступающей части закреплен шарнирно на поперечной оси 10 двуплечий рычаг ll расположенный вдоль пластины. Внутренний (по отношению к выступающей части пластины) конец пычага ll имеет боек 12 с дугообразным вырезом снизу (см. фиг. 3 и 4). Боек расположен в прорези прижимной пластины перед П-образным выступом 13 на ней.

Внешний конец рычага Il примыкает к приводу 9 (например, к сердечнику электромагнита) и подпружийен относительно пластины 6 с помощью плоской пружины 14. Устройство имеет ручку 15 и электрораэъем с распределительной колодкой 16 для подключения к сети, В верхней части корпуса 1 выполнено продолговатое окно для наблюдения за процессом сварки, защищенное светофильтром 17.

По второму, варианту (фиг. 5) участок прижимной пластины 6 с П-образным выступом 13 выполнен в виде вставки

18 (т.е. отдельно от пластины 6) и закреплен на внутреннем конце эычага

1l, а боек 12 установлен шарнирно на дополнительной оси 19 независимо от рычага ° Боек имеет хвостовик 20, расположенный вдоль прорези в пластине 6 и опирающийся на вставку 18.

Пб третьему варианту (фиг. 6 и 7) ось 19 бойка 12 закреплена на пластинчатой перемычке 21 вдоль прорези в пластине 6, ° причем, хвостовик 20 бойка расположен поперек прорези.

Вставка 18 с П-образным выступом 13, закрепленная на конце рычага 11, имеет тягу 22, взаимодействующую с хвостовиком 20 через штырь 23 на его конце. Боек 12 выполнен с вырезом снизу посередине (см. фиг. 7) и расположен в продольной прорези пластины 6 в непосредственной близости от вставки 18.

5 872284

Устройство работает следующим образом..

Устройство включают в электросеть и устанавливают прижимной пластиной 6 на предварительно состыкованные кромки листов материала. При этом на кромке направляется ноток инфракрасного излучения, под тепловым действием которого материал в зоне, ограничиваемой продольной прорезью в прижимной пластине, размягчается (переходит в эластичное состояние) и частично, на верхних краях кромок, сплавляется (переходит в вязкотекучее состояние).

Оплавленные края кромок слегка вспучиваются и под действием сжимающих усилий, создаваемых перемычками на прижимной пластине, сближаются. Устройство с помощью ручки 15 плавно перемещают вдоль стыка. При этом боек

12, приводимый в колебание посредст-" вом электромагнитного привода 9, воздействуя одновременно своими нижними частями на размягченные слои материала по обе стороны от стыка и внутренними боковыми поверхностями дугообразного выреза — на оплавленные слои материала вблизи стыка, сообщает расплаву в зоне формирования шва сложное объемно- колебательное движение в на,правлениях, параллельных торцовым поверхностям кромок и перпендикулярных к ним. Образующийся под бойком валик оплавленного материала при дальнейшем перемещении устройства обжимается боковыми частями П-образного выступа 13 на пластине 6 и Юатем заглаживается поперечной частью этого выступа.

Вследствие объемно-колебательного движения расплава в .процессе сдавливания (осадки) кромок улучшается и ускоряется его перемешивание. Поскольку активные, т.е. создаваемые при дви1 женин бойка винз, результирующие колебаний направлены со стороны дугообразного выреза на бойке внутрь расплава (фокусируются в плоскости стыка), то в результате одновременного действия этих колебаний и обжимающих усилий материал в зоне формирования шва быстрее уплотняется, из стыка более интенсивно и полно удаляются несплошности (воздушные включения). За счет отмеченных факторов образуется сварное соединение с более однородной структурой.

Вместе с этим, объемно-колебательное движение расплава, а также колебания торцовых поверхностей кромок, воз6 никающие вследствие периодического ударного сжатия материала по обе стороны от стыка. нижними боковьии частями бойка, приводят к ускоренному проникновению расплава внутрь стыка (в зозор между торцами кромок). При этом, поскольку расплав не успевает охладиться, улучшается схватывание его с основным материалом в нижней части

10 стыка.

При сварке материалов с повышенной вязкостью расплава используется второй вариант выполнения зоны Е устройства, при котором колебания сообщаютrs ся вставке 18 с П-образньм выступом, от которой передаются бойку 12, при-.- :. чем боек и вставка совершают колебательные движения со сдвигом по фазе равным полупериоду колебаний. В свя20 зи с этим, несмотря на значительную суммарную длину бойка и П-образного выступа, удельное динамическое давление колеблющихся элементов на кромки практически не уменьшается ° Боек 12 воздействует на кромки листов и расплав в зоне формирования шва аналогично описанному выше. Однако, поскольку боек имеет малый, радиус поворота отноеительно оси 19, то он дополнительно сообщает расплаву колебания вдоль стыка, приводя его совместно с П-образным выступом )3, колеблющимся в противофазе, в волновое объемно-колебательное движение. При повышенной вязкости расплава это,способ35 ствует более интенсивному протеканию реологических процессов в зоне формирования шва и, следовательно, ускорению сварки и получению более проч40 ного соединения. Кроме того, на образующийся шов дополнительно воздействует в вертикальном направлении пята П-образного выступа. 3а счет этого ннтенсифицируется уплотнение шва при заглаживании и обеспечивается более

45 быстрое заполнение расплавом зазора между торцами кромок.

При сварке листов, стыкуемых без технологического sasopa между их торцовьйчи поверхностями или с очень малым зазором (0,6-0,8 мм), используется третий вариант. выполнения зоны устройства, при котором в процессе работы устройства сообщаемые встав55 ке 18 колебания через тягу 22 и штырь

23 передаются бойку 12. При этом последний, совершая маятниковые колебательные движения в плоскости, перпендикулярной к плоскости стыка, воз872284 действует на кромки листов своими нижними рабочими частями попеременно. В результате кромки колеблются друг относительно друга в плоскости стыка в вертикальном направлении, что приводит к разрушению верхних краев кромок, частично (из-за отсутствия или малой величины зазора между ними) сварившихся вследствие набухания и вспучивания материала при оплавлении.

Поскольку разрушение производится перед осадкой кромок, т.е. до их сдавливания навстречу друг другу и уплотнения материала, то оно происходит по границе раздела между кромками.

Временное восстановление этой границы дает возможность расплаву в процессе формирования шва беспрепятственно перетекать под действием прилагаемых внешних сил из верхней части стыка в нижнюю, т.е. заполнять стык.

Относительные колебания торцов кромок в плоскости способствуют течению и перемешиванию расплава по границе раздела, удалению из него воздушных включений. В дальнейшем шов формиру-. ется и заглаживается вставкой 18 так же, как и при сварке с помощью описанного устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает получение более прочного соединения, повышает производительность сварки, позволяет уменьшить мощность ИК излучения.

Формула изобретения

l, Устройство для сварки термопластичных материалов инфракрасным излучением, содержащее корпус с расположенными в нем инфракрасными нагревателями с отражателями и прижимную пластину с П-образным выступом и продольной прорезью, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью п;:вышения прочности сварного соединения и производительности устройства, прижимная пластина снабжена подпружиненным двуплечим рычагом, шарнирно установленным на поперечной оси, закрепленной на прижимной пластине, приводом вертикальных колебаний, кинематически связанным с одним из

10 плеч рычага, и бойком, расположенным в прорези прижимной пластины перед

П-образным выступом и связанным со свободным плечом рычага, причем рабочий торец бойка выполнен с дугооб15 разным вырезом.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что П-образный выступ прижимной пластины выполнен в виде вставки, закрепленной на сзор0 бодном конце рычаГа, а боек шарнирно смонтирован на дополнительной оси, закреплечной на прижимной пластине, и снабжен хвостовиком, взаимодействующим со вставкой.

25 3. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что боек смонтирован на дополнительной оси, расположенной поперек прорези прижимной пластины. щ0 4. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что боек смонтирован на дополнительной оси, расположенной вдоль прорези прижимной пластины, и связан с выступом через тягу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зайцев К.А. и др; Сварка пластмасс. М., "Машиностроение", 1978, 40 с. 195.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 333070, кл. В 29 С 27/02, 1971

{прототип).

872284

Составитель Н. Елисеева

Редактор М. Ъиткииа Техред T. Иаточка Корректор M. Коста

Закаэ 8906/27

Тира к 697 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4

Х

15 /8 я а У