ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Особенности УЗС пластмасс

Процесс сварки пластмасс можно рассматривать как топохими - ческую реакцию (химическую реакцию, протекающую на поверхно­сти твердого тела). Для этих реакций характерно протекание в две стадии: 1) образование физического контакта; 2) объемное развитие взаимодействия.

При УЗС стадия образования физического контакта сопровож­дается термической активацией контактных поверхностей. На опреде­ленных этапах термическая активация протекает совместно с объем­ным развитием взаимодействия.

Стадия образования физического контакта связана со статиче­ским и вибрационным уплотнением свариваемого материала. Для мягких пластмасс и волокнистых материалов эта стадия характеризу­ется уменьшением толщины свариваемого материала: 5 = 8а(1+£), где: 5 и 5Х - толщина волокнистого материала начальная и в предельно уп­лотненном состоянии; £ - коэффициент пористости, равный отноше­нию объема пустот к объему волокон. Для жестких пластмасс эта ста­дия протекает за счет пластического деформирования макро и микро­неровностей, т. е. за счет сближения контактирующих поверхностей на расстояния, соизмеримые с межатомными. Часть работы деформации затрачивается на удаление из контактной зоны инородных включений (газовых пузырей, масляных и жировых пятен).

Термической активации предшествуют: ввод и распространение ультразвуковых колебаний в свариваемых заготовках; концентрация и преобразование энергии механических колебаний в тепловую энер­гию. При УЗС интенсивно протекают: структурные превращения на молекулярном и надмолекулярном уровнях, различные химические реакции полимеров, накопление повреждений от силовых нагрузок. Воздействие на разогретый материал статических и динамических на­грузок приводит к развитию деформационных процессов. Эти процес­сы проявляются: во внедрении рабочего торца волновода в поверх­ность заготовки; в вытеснении разогретого (пластифицированного или расплавленного) материала заготовки из зоны сварки.

Стадия объемного развития взаимодействия проявляется в: те­чении и перемешивании материала заготовок в сварочной зоне; вза­имной диффузии материалов в микрообъемах; кристаллизации рас­плава на заключительном этапе сварки.

Если сварка происходит в области вязкотекучести (сварка плав­лением), то основную роль в стадии объемного развития взаимодейст­вия играет перемешивание материала заготовок. При этом, чем мень­ше вязкость размягченного полимера, тем больше перемешивание.

Это явление можно объяснить «насосным» действием поверхности движущегося излучателя - волновода. При движении вперед, излуча­тель отталкивает полимер, а при движении назад не полностью увле­кает его за собой. Поэтому при каждом ходе излучателя в область раз­ряжения, образующуюся на границе раздела заготовок притекают но­вые частицы полимера. При этом в сварном шве практически отсутст­вует граница раздела соединяемых поверхностей. Шов не разрушается по первоначальной плоскости контакта. Надмолекулярная структура шва может отличаться от структуры материала заготовок.

Если сварка происходит в интервале температур высокоэлла - стичности, преимущественным является диффузионный механизм. При этом необходим длительный контакт свариваемых поверхностей друг с другом. Сварной шов сохраняет границу раздела. Материал в зоне контакта, по надмолекулярной структуре не отличается от ис­ходного.