Фторопласты

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

При термоконтактной сварке фторопластовых пленок приме­няют инерционные нагреватели, позволяющие осуществлять сварку непрерывными протяженными швами с двусторонним контактным нагревом. Устройства с малоинерционными нагре­вателями используют для получения прямолинейных и криво­линейных сварных швов при шаговом перемещении материала.

При термоконтактной сварке пленочного фторопласта-4 необходим двусторонний нагрев зоны соединения с шаговым или непрерывным перемещением материала. При получении нахле - сточных и Т-образных сварных соединений температура свари­ваемых поверхностей должна составлять 380-390°С, продолжи­тельность нахождения материала в сжатом состоянии при температуре сварки (изотермическая выдержка) - 2-3 мин, сва­рочное давление - 0,3-0,4 МПа, скорость охлаждения (до 250°С) под давлением-8-9°С/с. При сварке с промежуточной проклад­кой из фторопласта-50 или -4МБ температура свариваемых поверхностей может быть снижена до 360°С, продолжительность выдержки-до 1 мин. Ширина нахлестки должна превышать ширину нагревателя на 2-3 мм с каждой стороны. Пленки
фтроп ласта-4, предназначенные для изготовления сварных конструкций, необходимо предварительно проверять на склон­ное п> к трещинообразованию путем сварки контрольных образ - ион. Пленки, проявляющие склонность к трещинообразованию, применять для изготовления сварных конструкций не рекомен­дуется.

Особое внимание следует уделять сварке пересекающихся швов. Места пересечения швов предпочтительно сваривать прессовым способом. При сварке соединений, предназначенных для работы при повышенных температурах, при переходе от двойной к тройной толщине рекомендуется применять промежу - I очные прокладки из фторопласта-50. В табл. 3.4 приведены данные о прочности сварных соединений Ф-4, выполненных 1срмоконтактной сваркой [6].

Пленки плавких нерастворимых фторопластов (Ф-4МБ, Ф-100, Ф-10, Ф-50, Ф-40, Ф-ЗМ) свариваются в широком интер­вале температур: нижний предел ограничивается температурой плавления материала, верхний - температурой разложения. Хо­рошая свариваемость обеспечивается только при определенных жачениях ПТР полимера. Так, для изготовления сварных кон­струкций из фторопласта-4МБ следует применять полимер с ПТР = 1-4 г/10 мин при 300°С, из фторопласта-10-с ПТР = 0,5-8 г/10 мин при 260°С. После термообработки при 1смпературах, близких к температурам текучести полимеровГ, их свариваемость ухудшается. При сварке наблюдается усадка на 0.1-1%.

Для сварки плавких нерастворимых фторопластов может быть рекомендована термоконтактная сварка с двусторонним и односторонним нагревом зоны соединения малоинерционными нагревателями с шаговым перемещением пленок или инструмен­та. Для пленок Ф-3, Ф-ЗМ и некоторых марок Ф-10 возможна высокочастотная сварка. Между электродами (нагревателями)

Таблица 3.4. Прочность сварных соединений фторопласта-4

Температура Прочность, % от прочности свариваемого материала

Испытаний, °С

Т-образное нахлесточное соединение с шириной нахлестки, мм

Соединение

8 8 (с Ф-50) 25

—100

8,5

78

-20

14,5

80

0

59

100

70

53

93

95

95

50

38,5

92

95

94

100

37,5

89

95

95

150

41,5

87

95

97

200

25

75

95

95

250

25

70

95

95

Температура, °С

Нахлесточные нахлесточные Т-образные швы

Швы с зава - швы

Реннымн

Кромками

Ф-4МБ

1-4 при 300°С

300-340

280-320

300-

340

Ф-100

1-4 при 260°С

240-280

220-260

240

-280

Ф-10

0,5 при 260° С

220-280

200-260

220-

-280

Ф-50

-—

320-360

300-340

320

360

Ф-3

250-270

230-250

250-

-270

Ф-40

1,4 при 300°С

280-320

260-300

280-

300

Ф-30

240-280

220-260

240-

-260

Ф-ЗМ

~—

220- 260

200-240

220

-260

И свариваемым материалом необходимо помещать неориенти­рованную пленку фторопласта-4 толщиной 100-200 мкм.

При сварке нахлесточными швами кромки могут быть как свободными, так и заваренными. В первом случае. ширина нахлестки должна не менее чем на 2-3 мм превышать ширину нагревательной ленты, во втором - ширина нахлестки должна составлять 3-4 мм при ширине ленты 12-16 мм. Температурные интервалы сварки при двустороннем нагреве приведены в табл. 3.5 [21].

Для пленок с минимальным значением ПТР температура должна быть близка к верхнему пределу, с максимальным - к нижнему. При увеличении толщины пленки интервал температур должен смещаться на 15-20°С (на каждые 100 мкм) в сторону повышения, при уменьшении толщины-в сторону снижения.

Продолжительность сварки пленок Ф-4МБ, Ф-100, Ф-3, Ф-40-40 с, всех остальных марок-30 с. Сварочное давление для всех пленок нерастворимых фторопластов 0,3-0,4 МПа.

Температура нагревателей (электродов) перед каждым цик­лом должна быть снижена до 20-30°С. Охлаждение сварного шва производят под давлением со скоростью 8-9°С/с до температуры

Таблица 3.6. Прочность различных типов сварных соединений фторопластовых пленок

Тнп соединения

Прочность. % от

Прочности основного материала

Ф-4МБ

Ф-10

Ф-100

Ф-40

Ф-ЗМ

Ф-50

Ф-30

Нахлесточное с заваренными кромками

75-90

80-100

80-90

80-90

75-80

80-90

80-90

Нахлесточное

60-80

70-80

70-80

80-85

70-80

70-80

50-60

Т-образное

40-50

30-40

40-50

50-60

30-35

40-45

40-45

Т-образное с внешними на-

50-60

40-50

50-60

60-70

35-40

45-50

50-55

Кладками

ИХ) 150°С. Данные о прочности сварных соединений, выполнен­ных с соблюдением указанных рекомендаций, приведены в шбл. 3.6.

При гермоконтактной сварке рассматриваемых пленок с односторонним нагревом зоны сварки малоинерционными нагре - ни1 елями температура сварки для нахлесточных сварных соеди­нений с заваренными кромками и Т-образных соединений на М> 60, а для обычных нахлесточных-на 20-30°С выше, чем при двустороннем нагреве. Продолжительность сварки пленок Ф-4МБ, Ф-100, Ф-3-60с, всех остальных-45 с, температура ши рсвателя и подложки перед каждым циклом сварки должна Г»|.ш. снижена для Ф-4МБ до 100-150°С, для всех остальных чарок до 20-30°С.

Режимы сварки ТВЧ (27 МГц, числитель) и СВЧ (2375 МГц, шаменатель) пленок Ф-10, Ф-3, Ф-30 толщиной 200-300 мкм при нелепы ниже:

Напряженность поля, кВ/см 4,5/75-85

Удельная мощность, Вт/см2 70-80/75-85

Продолжительность сварки, с 3-5/1,5-2

('»арочное давление, МПа 0,2-0,4/0,2-0,4

( парку пленок плавких растворимых фторопластов (Ф-2М, Ф-26, Ф-32Л, Ф-43, Ф-4НА) рекомендуется проводить гермо - кон 1 актным способом с одно - и двусторонним нагревом мало - инерционными нагревателями с шаговым перемещением матери­ала. Возможно также применение высокочастотной сварки и СВЧ сварки.

Перед сваркой пленки Ф-26, Ф-42, Ф-4НА рекомендуется промазывать 9-11%-м раствором ацетона и этилацетата в соотношении 1:1. Раствор наносят кистью непосредственно перед сваркой на поверхность пленок, уложенных на электрод. Пленки Ф-2М и Ф-32Л сваривают без специальной обработки поверхностей.

Режимы сварки пленок Ф-2М, Ф-26, Ф-32Л, Ф-42 и Ф-4НА I олщиной 100 мкм термоконтактным способом с двусторонним нагревом и прочностные показатели сварных соединений при­ведены в табл. 3.7.

Температура сварки экструзионных пленок должна быть на 10 20°С ниже, чем при сварке пленок, полученных из растворов. Увеличение или уменьшение толщины свариваемых пленок на каждые 100 мм требует повышения или снижения температуры сварки на 10-20°С. Температура нагревателей перед каждым циклом сварки должна быть снижена до 20°С.

Режимы сварки ТВЧ и СВЧ пленок Ф-2М, Ф-26, Ф-32, Ф-42 и Ф-4НА толщиной 200 мкм приведены в табл. 3.8.

Сварные соединения, полученные при соблюдении описанных выше режимов, сохраняют герметичность при давлениях, близ­ких к разрушению, по морозостойкости уступают свариваемым

Режим сварки

Прочность сварных соединений, % от прочности основного материала

Марка

Температура,

°С

Продолжитель­ность, с

Давление,

МПа

Т-образкые

Нахлесточные

Сварка без

Промазки

Ф-2М

200-300

20

0,25

40-45

70-75

Ф-26

220-240

60-120

0,25

25-30

85-95

Ф-32Л

140-160

90

0,3

40-50

80-90

Ф-42

280-300

30-60

0,4

55-60

80-85

Ф-4НА

280-300

60

0,35

40-45

80-90

Сварка с промазкой

Ф-26

140

20

0,25

25-30

85-95

Ф-42

160

20

0,25

55-60

80-85

Ф-4НА

160

20

0,25

40-45

Материалам на 5-10% и сохраняют указанные значения относи­тельной прочности в интервале рабочих температур.

Пленки Ф-26 и Ф-4НА склонны к образованию трещин при сварке при отклонении от режима сварки, главным образом при повышении сварочного давления. Прочность сварных соединений пленок Ф-26, полученных методом полива, зависит от типа подложки, на которую отливали пленки. Прочность сварных

Таблица 3.8. Режимы сварки ТВЧ и СВЧ фторопластовых пленок. р

Марка Условия Режнм сварки Прочность сварных

Сварки соединений, %

От прочности основного ' - Г - "Материала

Напряже - удельная продол - давление. Т-образ - нахлесточ-

Ние, кВ мощность, житель - МПа ные ные

Вт/см2 ’ ность, с

3-5

0,3

45-50

70-75

4-6

0,3

40-50

80-90

4-5

0,25

25-30

85-90

4-5

0,25

55-60

80-90

4,5

0,25

60-65

80-90

Та 2375

МГц

0,5-1

65-70

100

12

.______

30-35

95-10<

0,5-1

40-45

90

0,5-1

55-60

75-85

Ям ■'2^ - »ПОЛУДІ*

60-65

100

подпись: 3-5 0,3 45-50 70-75
4-6 0,3 40-50 80-90
4-5 0,25 25-30 85-90
4-5 0,25 55-60 80-90
4,5 0,25 60-65 80-90
та 2375 мгц 
0,5-1 65-70 100
12 . 30-35 95-10<
0,5-1 — 40-45 90
0,5-1 — 55-60 75-85
ям ■'2^ - »полуді* 60-65 100

Ф-2М

Без про­мазки

5

50-60

Ф-32Л

То же

4

50-60

Ф-26

С про­мазкой

4

50-60

Ф-42

То же

5

50-60

Ф-4НА

»

4,5

СВЧ,

50-60

Часті

Ф-2М

Без про­мазки

45 50

Ф-32Л

То же

55 60

Ф-26

»

45 50

Ф-42

>>

»

55-60

Ф-4НА

38

»

60 '65'

подпись: ф-2м без про-мазки 5 50-60
ф-32л то же 4 50-60
ф-26 с про-мазкой 4 50-60
ф-42 то же 5 50-60
ф-4на » 4,5
свч, 50-60
часті
ф-2м без про-мазки 45 50
ф-32л то же 55 60
ф-26 » 45 50
ф-42 >>
» — 55-60
ф-4на
38 » 60 '65'
ТВЧ, частота 27 МГц

Соединений пленок, отлитых на никелевую подложку, несколько ниже, а интервал рабочих режимов уже, чем для пленок, отлитых ни медную подложку.

Сварка разнородных фторопластовых пленок возможна лишь и юм случае, если в составе обоих полимеров (сополимеров) нмсс1ся достаточное количество идентичных звеньев: не менее К(>% для полностью фторированных и не менее 50% для не полностью фторированных полимеров. Температура сварки мленок разнородных фторопластов находится между температу­рами плавления обоих полимеров и близка к температуре плавления более высокоплавкого.

Сварку комбинированных полиимидофторопластовых пленок и комбинированных пленок на основе Ф-10 и Ф-4МБ с получе­нием нахлесточных соединений осуществляют термоконтактным способом с двусторонним или односторонним нагревом зоны соединения. Температура сварки составляет 280-320°С при юлщине покрытия Ф-4МБ 5-20 мкм и 320-340°С при толщине покрытия 30 мкм, сварочное давление 0,35 МПа, продолжитель­ность сварки 30 с.

При сварке фторопластовых пленок термоультразвуковым способом свариваемые пленки протягивают в зазоре между разогретыми до температуры сварки ультразвуковым инстру­ментом и его роликовой опорой. Данные о влиянии различных параметров режима сварки на прочность сварных соединений приведены на рис. 3.1. Видно, что эффективность применения ультразвуковых колебаний с амплитудой в пределах 5-10 мкм, начиная с толщины пленки 150 мкм, заметно снижается. Это объясняется значительным поглощением колебаний в толщине свариваемого материала, в результате которого большая часть ультразвуковой энергии не достигает поверхности контакта соединяемых пленок. Увеличение амплитуды не приводит к

, МПа

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

15

5 ю 15 20 Ь С0, с

I_____________ I___________________ I_________________ J

15 30 Я, мим

II І I_ !_ I I I_ 1_ ті

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Ц 7 Рсв, МПа

Рис. 3.1. Влияние технологических параметров сварки на разрывную прочность

Соединения <тр:

/ амплитуда ультразвуковых колебаний Л 2 сварочное давление Рсп; 3 - продолжительность ультра­звукового импульса гсв

Желаемому результату, что обусловлено началом деструкции поверхности полимера, контактирующей с ультразвуковым ин­струментом. Анализ температурной обстановки в зоне соедине­ния показывает, что критические температуры возникают на поверхности контакта свариваемого материала с инструментом во второй половине изотермической выдержки. Таким образом, при амплитуде > 10 мкм, необходимой при сварке относительно толстых пленок (>160 мкм), продолжительность изотермиче­ской выдержки и допустимое время ультразвуковой обработки не совпадают. Для устранения этого применяют импульсное вве­дение ультразвуковых колебаний в период изотермической выдержки. При этом интенсивность ультразвука может быть существенно повышена. Зависимости прочности сварного со­единения от амплитуды и продолжительности импульса ультра­звуковой обработки приведены на рис. 3.2. Анализ приведенных данных показывает, что наиболее эффективны ультразвуковые колебания средней мощности с амплитудой 15-30 мкм при зна­чительном ограничении продолжительности импульса и увеличе­нии пауз между включением. Так, при толщине материала 0,5-1,0 мм оптимальная продолжительность импульсов ультра­звуковых колебаний с амплитудой 15-20 мкм лежит в пределах 4-5 с, продолжительность пауз 2-3 с. При толщинах 200- 500 мкм эффективно применение импульсных генераторов с частотой следования импульсов от 10 до 100 в секунду.

Необходимость увеличения частоты следования импульсов при уменьшении толщины свариваемого материала обусловлена и повышением скорости перемещения материала относительно инструмента, в результате чего при малой частоте наблюдается неравномерное облучение сварного шва по длине, что снижает качество соединения. При сварке пленочного фторопласта-4 толщиной ^ 150 мкм возможно применение как импульсного включения ультразвука, так и непрерывного с малой амплитудой колебаний (5—10 мкм).

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВДругим важным параметром термоультразвуковой сварки является сварочное давление, направление действия которого совпадает с направлением распространения ультразвуковых колебаний-от инструмента к опоре. Давление играет двоякую роль: во-первых, оно служит для создания контакта между соединяемыми поверхностями, во-вторых, способствует созда-

Рис. 3.2. Влияние продолжи-

Телъности ультразвукового им­пульса на прочность сварного со­единения при А = 15-25 (1) и 25-30 мкм (2)

Мим» мусіического контакта между ультразвуковым инструмен­ты и внешней поверхностью свариваемого материала. Экспери - игн 1«и. ж> установлено, что в условиях термоультразвуковой 1»й1>«м сварочное давление может быть снижено до 0,2 МПа.

Условии сварки пленок из фторопласта-4МБ в целом анало­гичны описанным для фторопласта-4. Для пленок толщиной МІ мим параметры ультразвукового воздействия следующие:

Ами іиіуди УЖ, мкм Продолжительность Продолжительность

Импульса, с паузы, с

5

До 60

К)

До 30

20

15

До 10

15

20

До 5

10

.10

0,5

1

25

До 1

4

13. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЛИСТОВОГО ФТОРОПЛАСТА-4

Наиболее предпочтительным способом сварки листового фторо - м »йсп1-4 ивляется термоконтактный нагрев. Листы толщиной } мм можно соединять внахлест, толщиной 3-10 мм-встык 1 малым углом скоса кромок, толщиной 10 20 мм-со скосом «ромок на угол 45-60° или встык без скоса.

При сварке листов толщиной 10-20 мм вначале необходимо

1 помощью нагревателей, расположенных между соединяемыми поверхностями, нагреть эти поверхности до температуры сварки, ни см привести их в тесный контакт и выдержать шов между нй! репа гелями в течение определенного времени.

Листы фторопласта-4 толщиной 2-10 мм можно сваривать за один цикл путем наложения нагревателей по всей длине шва или нуюм шагового перемещения нагревателей по материалу. Длина одновременно свариваемых участков определяется длиной нагре­ва гелей и прижимов и не зависит от толщины и ширины шва. И случае шаговой подачи нагревателей участки повторной сварки (перекрывание швов) должны иметь протяженность не ме­нее 20 мм.

Рекомендуемые схемы создания сварочного давления и за­крепления материала на различных этапах технологического процесса при сварке фторопласта-4 толщиной 3-10 мм встык со скосом кромок с подачей давления на шов приведены в табл. 3.9, без подачи давления на шов-в табл. ЗЛО, при сварке фторо- иласта-4 толщиной 10-20 мм-табл. 3.11. При сварке нахлесточ - ных соединений следует применять те же схемы, что и при сварке стыковых соединений со скосом кромок, однако прижимные устройства в этом случае должны закреплять материал не по длине шва, а с его торцов.

Нагрев до 390°С

 

Сварки при 390°С 10 мин

 

Охлаждение от 390 до 350°С

 

Охлаждение от 350°С Область применения

До комнатной температуры

 

Рсв

 

Сварка швов ограниченной протя­женности, равной длине нагрева­теля

 

Р„Й-0

СІ 4=0

 

Рат°

 

А А І

 

------ г

подпись: гТ_Г

Рсв

[*1

Гп

Т±г

Чг°

А

Пит

Сварка швов ограниченной протя­женности, равной длине нагревате­ля, а также сварка протяженных швов с шаговым перемещением на­гревателя

 

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

Чв:°

’ Г+1 *

/і о г

' & '

 

Рсв

Т

 

*

І.

 

І

 

А

 

І

 

Т

 

Примечание, /-прижимное устройство; 2-фторопласт-4; 3 - нагреватели; РСЛ-сварочное давление; </-давление прижима.

Рс8

Л

ПЗ

И

Л.

-«с

Шг

Нагрев от 340-360 до 390°С и создание сварочного давления

 

Сварка при 390°С 10 мин и охлаждение до 350°С

 

Охлаждение от 350°С Область применения

До комнатной температуры

 

Нагрев до 340-360°С

 

Г

 

Р«0

ГЬ

Г±

 

Сварка швов ограниченной протя­женности, равной длине нагрева­теля

 

Рсв^О

І і—і *

І*і А гН

[±3

 

Р=0

 

Ров

 

Л

ПЗ.

 

А

 

------------- ПП

 

Сварка швов ограниченной протя­женности, равной длине нагревате­ля, а также сварка протяженных швов с шаговым перемещением на­гревателя

 

Р=о

 

Р=о

К

 

Рсд о

 

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

КА

 

А

 

Я

А

 

А

 

І1

 

Я

І

 

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

?

 

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

Т±=г

 

Си

 

Нагрев до 390°С и Сварка при 390°С Охлаждение от 390 Охлаждение от 330°С

Выдержка 10 мин 10 мин до 330°С до комнатной

Температуры

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

Очень важно при сварке фторопласта-4 обеспечить стабиль­ность температуры по всей длине шва, так как перепады температуры могут привести к концентрации напряжений в местах с более высокой температурой. Для повышения равно­мерности распределения температуры рекомендуется использо­вать теплопроводящие прокладки, накладываемые на нагревате­ли. С этой целью целесообразно дополнительно теплоизолиро­вать концы нагревателей. Должна быть обеспечена абсолютная параллельность плоскостей верхнего и нижнего нагревателей в местах приложения к свариваемому материалу.

Оптимальные параметры термоконтактной сварки листового фторопласта-4 следующие: температура в месте соединения- 380-390°С, продолжительность - 10-15 мин, сварочное давление - 0,5-0,8 МПа при толщине 2-10 мм и 1,5-1,8 МПа при толщине 10-20 мм, давление прижима-1 МПа при толщине 2-10 мм и 2 МПа при толщине 10-20 мм. Во время нагрева, сварки и охлаждения измеряют температуру в теплопроводящей про­кладке, контактирующей с фторопластом.

При термоультразвуковой сварке листовых фторполимеров применяют две схемы ввода ультразвуковой энергии в зону сварного соединения. По первой, традиционной схеме сварки ультразвуком полимерных материалов колебания направлены нормально к поверхности соединяемых листов и передаются к зоне соединения через один из них. По второй схеме ультра­звуковую энергию подводят непосредственно к соединяемым поверхностям, например путем их контактирования с боковыми поверхностями ультразвукового инструмента. При этом возмож­но введение колебаний большей амплитуды, что значительно облегчает контроль за процессом сварки.

При сварке с передачей ультразвуковых колебаний к зоне соединения через одну из свариваемых деталей свариваемые листы зажимают между разогретыми до температуры сварки ультразвуковым инструментом и его опорой, а сварку осущест­вляют по схеме напротяг или шовно-шаговым способом. «Дози­рование» ультразвуковой энергии облегчается при использовании
ультразвуковых сварочных головок, устойчиво работающих при сряшиительно малых амплитудах колебаний рабочего инструмен - !• (3 10 мкм), или дискретных импульсов ультразвука достаточ­ны! мощности.

К основным технологическим параметрам ультразвуковой СМрКИ относятся: температура рабочей части ультразвукового Инструмента Ти, температура опорного устройства Т0, сварочное ММЄНИЄ Рсв, продолжительность сварки? св, амплитуда ультра - 1»укоаых колебаний рабочего торца инструмента А, продолжи­тельность включения ультразвука? имп при импульсной его І«0Д»ЧЄ.

Схемы, при которых ультразвуковая энергия подводится Непосредственно к свариваемым поверхностям, могут быть Применены как при сварке листового фторопласта-4, так и при Мірке труб встык (рис. 3.3). Ультразвуковые колебания вводят ПО касательной к свариваемым поверхностям в процессе их рМОГрева. После достижения температуры сварки ультразвуко­вім колебания отключают, свариваемые кромки приводят в соприкосновение и после выдержки, во время которой зону СОМИнения можно снова подвергнуть воздействию колебаний,

Лс. 3.3. Схема термоультразвуковой сварки с касательным вводом ультразву­ковых колебаний:

••СВврка листового фторопласта; б-сварка труб; /-свариваемые детали; 2-ультразвуковой инструмент - > волновод; 3-кольцевая резонирующая пластина; 4-нагреватели

подпись: лс. 3.3. схема термоультразвуковой сварки с касательным вводом ультразвуковых колебаний:
••свврка листового фторопласта; б-сварка труб; /-свариваемые детали; 2-ультразвуковой инструмент- > волновод; 3-кольцевая резонирующая пластина; 4-нагреватели
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛЕНОЧНЫХ ФТОРОПЛАСТОВІ 1

М

Охлаждают под давлением до температур кристаллизации поли­мера.

Касательный ввод ультразвуковых колебаний в зону сварного соединения допускает применение амплитуд достаточной мощ­ности и в непрерывном режиме. Основными технологическими параметрами при этом являются: температура нагревательных элементов Гн, сварочное давление Рсв, амплитуда ультразвуко­вых колебаний А, время ультразвуковой обработки гуз, продол­жительность изотермической выдержки? изв, скорость охлажде- ния Уохл.

В условиях ввода в материал ультразвуковых колебаний, направленных нормально к свариваемым поверхностям, разогрев свариваемого материала происходит одновременно за счет конвективной передачи тепла от нагретого инструмента и его опоры и в результате поглощения материалом ультразвуковых колебаний. При этом существование температурного градиента приводит к перераспределению и изменению поглощения колеба­ний, концентрируя их в перемещающемся слое с температурой, близкой к температуре а-перехода полимера. Суммарная величи­на вводимой в зону сварки энергии не должна превышать энергию активации термического разложения полимера соответ­ствующего объема. Экспериментально установлено [32], что тепловое и ультразвуковое воздействие в пределах продолжи­тельности сварки не приводит к заметной деструкции при температуре нагретого инструмента и его опоры 380-390°С, сварочном давлении 0,4-0,8 МПа и амплитуде ультразвуковых колебаний 5-10 мкм. Более точные значения этих параметров, а также продолжительности изотермической выдержки и ультра­звукового воздействия устанавливают экспериментально для конкретных типов изделий.

Такие параметры, как температура нагревателей, определяе­мая теплофизическими свойствами фторопласта-4, а также частота колебаний, определяемая конструктивными параметра­ми оборудования, не зависят от конструкции сварного соедине­ния и толщины свариваемого материала. Сварочное давление определяется пластическими свойствами фторопласта-4 и уста­навливается экспериментально.

Наиболее существенное влияние на процесс сварки оказывает ее продолжительность, складывающаяся из продолжительностей трех этапов:

^С8 *Н + 'в + ^ОХЛ ’

Где (и - время нагрева соединяемых поверхностей до температуры сварки; Гв~время изотермической выдержки; (охл-время охлаждения до температуры кристаллизации.

Ранее было показано, что вследствие низкой теплопровод­ности время разогрева контактирующих поверхностей весьма существенно влияет на общую продолжительность сварки. Кро­

Ме того, интенсивность ультразвуковых колебаний в процессе разогрева может быть повышена по сравнению с изотермической выдержкой, что также обусловливает важность точного опреде­ления окончания первого периода сварки.

Обработка данных, полученных расчетным путем, позволила установить зависимости времени разогрева контактирующих поверхностей от толщины 5 свариваемых деталей. Для интервала толщин от 0,1 до 2 мм кривые времени разогрева центрального Слоя имеют вид параболы и могут быть описаны с помощью степенного многочлена:

?н = во 4- 6 4- я2§2

При обработке кривых времени разогрева зоны соединения термоультразвуковым и термоконтактным способом с помощью программы ЭВМ по принципу наименьших квадратов было установлено, что кривая времени нагрева удовлетворительно описывается квадратным трехчленом:

*н = ао + + а2$2*

Для 5 = 0,1-2 мм получены следующие значения коэффициен­тов: а0 = 0,0785; ах — 0,5952; а2 = 3,6904; для 5 == 2-6 мм: а0 = —1,9496; ах = —1,9959; а2 = 2,2721.

Продолжительность изотермической выдержки может быть определена в зависимости от толщины 5 по эмпирическому выражению

*нз. в = 305 + 15.

Для определения продолжительности охлаждения можно воспользоваться выражением, полученным для термоконтакт­ного нагрева зоны соединения.

Приведенные данные касаются технологической схемы с двусторонним нагревом и вводом ультразвуковых колебаний нормально к свариваемым поверхностям. В случае подвода ультразвуковых колебаний по касательной к соединяемым по­верхностям количество энергии, проникающей внутрь материала, незначительно и на характер разогрева существенного влияния не оказывает. Поэтому амплитуда и продолжительность ультра­звукового воздействия определяется главным образом работо­способностью рабочих элементов сварочной акустической систе­мы. Амплитуда выбирается обычно в пределах 20-50 мкм. Продолжительность ультразвуковой обработки ограничивается временем нагрева полимера от температуры плавления кристал­лической фазы (327°С) до температуры сварки (390°С).

Оптимальные значения амплитуды ультразвуковых колеба­ний и усилия прижима свариваемых поверхностей к ультраг звуковому инструменту находятся в тесной взаимосвязи, по­скольку с увеличением усилия все большая часть ультразвуковой энергии попадает в поверхностные слои материала, подлежащие
соединению, т. е. при малых усилиях прижима необходимы повышенные амплитуды колебаний, и наоборот-при усилиях, приближающихся к пределу текучести полимера, амплитуда ультразвуковых колебаний должна быть ограничена. Таким образом, нижний предел усилия определяется коэффициентом передачи ультразвука от инструмента к поверхности свариваемо­го материала, а верхний - пределом текучести полимера при температурах сварки. Экспериментальные данные показывают, что давления, упруго воспринимаемые фторопластом-4 при температурах сварки, лежат в пределах 0,05-0,2 МПа. Однако при таких значениях усилия прижима коэффициент передачи колебаний от инструмента к поверхности весьма незначителен и эффективность такой сварки очень мала.

Для выбора оптимальных соединений между усилием при­жима и амплитудой ультразвуковых колебаний были выполнены ' эксперименты на образцах листового фторопласта-4 с подготов­кой кромок «в ус»; толщина свариваемых образцов составляла

4- 6 мм, длина и ширина-соответственно 80 и 100 мм. После сварки листы разрезали и испытывали при растяжении. Кривые зависимости прочности сварных образцов от продолжительности ультразвукового воздействия при различных соотношениях ам­плитуды колебаний и усилия прижима представлены на рис. 3.4. Из рисунка видно, что при прочих равных условиях наибольшее влияние на прочность сварного соединения оказывает усилие прижима ультразвукового инструмента. При этом влияние амплитуды колебаний монотонно возрастает до ее значения 30-40 мкм, а затем это влияние стабилизируется. Наибольший эффект от воздействия ультразвука наблюдается при значениях усилия прижима в пределах 0,8-0,9 МПа. Продолжительность ультразвукового воздействия, при которой происходит интенсив­ное увеличение прочности сварного соединения, ограничивается приблизительно 3-4 мин, т. е. временем, соизмеримым с време-

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Рсв, МПа

15 30 Я, икм

___ і_____ I_____ і______ і______ I >)

подпись: 
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 рсв,мпа
15 30 я, икм
 і i і і i >)
6, °и

Рис. ЗА. Влияние продолжитель­ности ультразвукового воздействия на прочность сварного соединения при касательном вводе ультразвуко­вых колебаний:

/ - сварочное давление Рсш; 2 продолжитель­ность ультразвукового импульса *с>; і - ампли­туда ультразвуковых колебаний А

Нем нагрева полимера до температуры сварки. Термографирова - ние зоны нагрева при действии нагревателей и касательном вводе ультразвуковых колебаний показывает, что при температуре нагревателей 380-390°С через 3-4 мин вблизи зоны контактиро­вания наблюдается участок материала с температурами, превы­шающими температуру деструкции полимера. Поскольку введе­ние ультразвуковых колебаний в материал, находящийся при температурах ниже температур его кристаллизации, неэффектив­но из-за чрезвычайно неравномерного тепловыделения, техноло­гически целесообразным является использование ультразвука только на этапе разогрева свариваемых поверхностей от темпе­ратуры а-перехода до температуры сварки, т„е. от 320 до 390°С.

Фторопласты

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Фторсодержащие полимеры сами по себе инертны и безвредны для организма. Некоторые марки фторполимеров Министер­ством здравоохранения СССР допущены к использованию в качестве противоподгорающих покрытий, изделия из фторо­пласта-4 широко и успешно применяются …

ПРОВЕРКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ СВАРНЫХ ШВОВ

Кроме механических испытаний для проверки герметичности сварных соединений и основного материала в случае пленочных фторопластов применяют метод сварных ячеек [33]. Ячейку (рис. 6.6) изготавливают из двух листов пленки, собранных в …

КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВНЕШНИМ ОСМОТРОМ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

При внешнем осмотре сварных соединений обнаруживают нали­чие или отсутствие в сварном шве трещин, несплавлений, отслаиваний сварного шва при непроваре и т. д. В протяженных сварных швах проверяют равномерность ширины шва …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.