Способ сварки трением деталей из полимерных материалов

 

О П И С А Н И Е (,973383

ИЗОБВЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.05.81 (21) 3294225/23-05 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл з

В 29 С 27/08

Государственный номнтет

Опубликовано 15.11.82. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 25.11.82 (53) УДК 678.029.

433 (088. 8) ло делам нзобретеннй н открытий

И. В. Мозговой, В. E. Ощепков, А. А. Тумасов, А.. Кольке и Л. P. Янкелевич ч" .,,@З

,: 7,-д, .«« /3, (72) Авторы изобретения

Омский политехнический институт и Омский за точных электрических приборов «Электроточпри (71) Заявитель

/ (54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ ДЕТАЛЕЙ

ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к способам сварки трением деталей из полиамидов.

Известен способ сварки трением полимерных материалов, включающий операции разогрева деталей при относительном движении под действием сварочного давления с последующим прекращением относительного движения и охлаждения сваренных деталей под этим давлением 11) .

Недостатком способа является низкая прочность сварочного соединения вследствие недостаточного усилия сжатия свариваемых деталей в процессе охлаждения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ сварки трением деталей из полимерных материалов, включающий разогрев свариваемых поверхностей деталей путем их относительного движения под действием сварочного давления с последующим увеличением давления при появлении расплава материала на соединяемых поверхностях, прекращение относительного движения деталей и охлаждение под давлением 12).

Недостаток указанного способа заключается в том, что он не обеспечивает высокую прочность сварного соединения вследствие того, что в процессе относительного движения соединяемых деталей происходит ориентация цепей макромолекул в направлении относительного движения, такая ориентация цепей макромолекул вызывает анизотропию механических свойств и внутренние напряжения в сварочном соединении.

Кроме того, свойство полиамидов плавиться в узком интервале температур, практически не размягчаясь вплоть до температуры плавления, приводит к тому, что после расплавления маериала на свариваемых поверх ностях он под действием сварочного давления и относительного движения деталей вытесняется за пределы зоны сварки (в грат).

При этом в контакт на свариваемых поверхностях постоянно вступают нерасплавленные слои материала, которые не образуют грочное сварное соединение, а в процессе прекращения относительного движения частично расплавленные слои материала переходят в твердое состояние раньше, чем происходит остановка относительного движения.

973383

40

Так как прочность сварного соединения при температурах, близких к температуре плавления, низка, то под действием сдвигающих сил, вызванных устройствами привода относительного движения, происходит зарождение микротрещин или срез образовавшегося сварного соединения.

Цель изобретения — повышение прочности сварного соединения при сварке полиамидов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сварки трением деталей из полимерных материалов, включающем разогрев свариваемых поверхностей деталей путем их относительного движения под действием сварочного давления с последующим увеличением давления при появлении расплава материала на соединяемых поверхностях, прекращение относительного движения деталей и охлаждение под давлением, одновременно с увеличением давления на свариваемые детали воздействуют импульсом ультразвуковых колебаний, который отключают пос- 20 ле прекращения относительного движения деталей.

Ультразвуковые колебания, вводимые после образования на свариваемых поверхностях расплава материала, распространяясь по деталям, поглощаются в расплаве и способствуют равномерному нагреву материа ча по периметру сварного соединения и локальному разогреву материала по толщине.

На фиг. 1 изображена циклограмма отно- 30 сительно движения; на фиг. 2 — циклограмма давления; на фиг. 3 — циклограмма амплитуды колебаний рабочего торца инструмента.

Способ реализуется следующим образом.

После установки свариваемых деалей на сварочное приспособление и их сжатия сварочиым давлением Р1 задают относительное движение деталей с относительной скоростью V. Под действием относительного движения деталей, за время, происходит разогрев и плавление материалов на свариваемых поверхностях. В момент появления расп лава на свариваемых поверхностях увеличивается давление сжатия деталей с P до Р и одновременно воздействуют импульсом ультразвуковых колебаний, в течение времени у а затем прекращают относительное движение. После остановки деталей в течение времени Тхтпрекращают воздействие ультразвуковых колебаний и охлаждают сварочные детали под давлением сжатия Р2 в течение времени,„„охлаждения.

Пример l. Баллон для заправки газовых зажигалок емкостью 40 г в виде цилиндра с кольцевой формой соединяемых поверхнос4 тей, со средним диаметром 39 мм и шириной

4 сваривали сваркой трением с пропусканием импульса ультразвуковых колебаний частотой 17,9 кгц, амплитудой колебаний рабочего торца инструмента А = 50.10 м и без пропускания импульса ультразвуковых колебаний.

Режимы сварки и прочность сварного соединения Р,(средняя) приведены в табл. № 1.

Пример 2. Баллон для заправки газовых зажигалок емкостью 16 г в виде цилиндра с кольцевой формой соединяемых поверхностей со средним диаметром 28мм и шириной

3 мм сваривали сваркой трением с пропусканием импульса ультразвуковых колебаний частотой 17,9 кГц, амплитудой колебаний рабочего торца инструмента А= 35 10 м и без пропускания импульса ультразвуковых колебаний.

Режим сварки и прочность сварного соединения (средняя из 10 образцов) приведены в табл. № 2.

Из приведенных в таблицах данных видно, что прочность сварного соединения при сварке с наложением ультразвукового импульса значительно выше прочности сварного соединения, полученного без наложения ультразвукового импульса.

Повышение прочности сварного соединения достигается за счет того, что в процессе сварки, после образования на свариваемых поверхностях расплава материала, ультразвуковые колебания, распространяясь по деталям, поглощаются в этом расплаве и способствуют равномерному нагреву материала по периметру сварного соединения и локальному разогреву материала по толщине.

Под действием ультразвуковых колебаний происходит механическое перемешивание расплава материалов, что приводит к дезориентации цепей макромолекул в зоне соединения, а следоватьво исключает анизотропию механических свойств сварного соединения и практически полностью устраняет внутренние напряжения. Кроме того, в процессе прекращения относительного движения деталей, под действием ультразвуковой энергии в сварном стыке поддерживается температура выше температуры плавления материала, а следовательно, в процессе остановки относительного движения деталей не происходит зарождения микротрещин или среза сварного соединения.

Путем повышения прочности сварного соединения с 40 — 50О/о до 60 — 80О/о от прочности основного материала можно уменьшить толщину стенки баллона на 1 — 1,5 мм, что приводит к экономии 2 г капрона на одном баллоне. Экономический эффект составляет 2400 руб. в год.

973383

Табл и ца 1 -ох паж. с

V и/с

Рраьр. н

1у с

Р, н

Т„, с

Р2 н

Режим с ост спосо ба

С УЗ импульсом 8

40 ?,2

0,2

1,5

Без УЗ импуль4,0 38-50 (ср. 44) 40 2,2

0,2

1, 5 са

Таблица 2

LoXJl c

V м/с

Режим P н способа

7,лс

Ррах

Р2 н

С УЗ колеб. 6

60-80 (ср. 72,2) 1,6 0,15 0,7 4,0

30 2,0

Без УЗ колеб. 6

1,6 0,15 — 4,0

40-52 (ср. 46) 30 2,0

Формула изобретения

Способ сварки трением деталей из полимерных материалов, включающий разогрев свариваемых поверхностей деталей за счет их относительного движения под действием сварочного давления с последующим увеличением давления при появлении расплава 4О материала на соединяемых поверхностях, прекращение относительного движения деталей и охлаждение под давлением, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения при сварке полиами- 45

1, 0 4,0 60-80 (ср. 70) дов, одновременно с увеличением давления на свариваемые детали воздействуют импульсом ультразвуковых колебаний, который отключают после прекращения относительного движения деталей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. 1Црадер В. Обработка и сварка полуфабрикатов из пластмасс. М., «Машиностроение», 1980, с. 145 — 146.

2. Тростянская Е. Б. и др. Сварка пластмасс, М., «Машиностроение», 1967, с. 198—

203 (прототип).

973383

Редактор Н. Воловик

Заказ 8119/18

1 (Ж c) Р

2 1 (8) A (м) Составитель H. Елисеева

Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4