С помощью ультразвука сваривают следующие пластмассы: органическое стекло, полихлорвинил, полистирол, синтетические ткани и др. Легче всего ультразвуком выполняют нахлесточные и тавровые точечные соединения. Удовлетворительна сварка нахлесточных соединений шовных и по контуру. Все соединения выполняют без разделки кромок и без присадочного материала (табл. 31). Ультразвуком успешно свариваются разнородные пластмассы.
Результаты испытаний показывают (рис. 136), что прочность стыковых образцов из СНП толщиной 2,2 мм практически равна прочности основного материала. При сварке вдоль направления ориентации прочность, близкая прочности основного материала, достигается почти в 3 раза быстрее, чем при сварке поперек волокон. Максимальная прочность (150—160 кгс/см2) при отрыве нахлесточного крестового соединения винипласта толщиной 6,3+6,3 мм (рис. 137) достигается при сварке в течение 1 —1,5 с. При этом вмятины на свариваемых поверхностях отсутствуют, наблюдается только незначительная деформация (до 8%) из-за размягчения и выдавливания пластмассы на соединяемых поверхностях. Прочность сварного соединения достаточно велика и разрушение образцов при испытании обычно проходят по околошовной зоне.
Максимальная температура на свариваемых поверхностях достигает 200 С (473 К). Температура в месте соприкосновения волновода с пластмассой составляет только 180°С (453 К), а под отражателем 80 С (353 К).
Рис.Формы сварочных наконечников
При тавровых соединениях нагрев по длине свариваемого стержня также незначителен.
Особенности ультразвуковой сварки состоят в следующем: 1) для сварки не требуется второй электрод, так как процесс — односторонний; таким образом, вторая деталь может быть неограниченной толщины (рис. 138, а); 2) ультразвуковую энергию можно вводить на значительном расстоянии от места соединения (рис. 138, б); это позволяет осуществлять сварку в труднодоступных местах (рис. 138, в); 3) максимальный разогрев происходит на свариваемых поверхностях, в связи с чем можно исключить значительный перегрев пластмасс по толщине или по длине привариваемого стержня; 4) концентрация нагрева на свариваемых поверхностях обеспечивает высокую производительность процесса;
Рис.136. Прочность при разрыве сварных стыковых соединений СНП толщиной 2,2 мм в зависимости от продолжительности пропускания ультразвука
5) при ультразвуковой сварке загрязнения на поверхности (масла, графит, электропроводящие жидкости) не оказывают существенного влияния на процесс сварки; 6) не создаются радиопомехи; 7) к сварочным инструментам не подводится напряжение; 8) ультразвуком сваривают значительное число термопластичных пластмасс и больших толщин, чем, например, токами высокой частоты; 9) метод легко автоматизируется.
Рис.137. Прочность при отрыве сварного нахлесточного соединения из винипласта толщиной 6,3 + 6,3 мм в зависимости от продолжительности пропускания ультразвука (усилие сдавливания Р=120 кгс):1 - разрушающая нагрузка; 2 — деформация; 3 — глубина вмятины в % от толщины свариваемых листов
Рис.138. Особенности метода ультразвуковой сварки:1 — приварка пластины малой толщины к пластине неограниченно большой толщины; б — приварка длинного стержня к пластине; в приварка стержня в труднодоступном месте; 1 — место сварки; 2 -волновод
По-видимому, наиболее широкое применение этот метод найдет при сварке пленок, изделий средних и больших толщин с точечными и контурными соединениями; при сварке упаковочной тары, где места сварки пластмасс могут быть загрязнены сыпучими веществами и маслами; при упаковке различного рода прессервов с электропроводящими жидкостями.
Сварка пластмасс экструдируемой присадкой
Метод основан на подаче в место сварки присадки, находящейся в вязко-текучем состоянии. Нагретый присадочный материал расплавляет кромки свариваемой пластмассы, которая прочно сваривается с экструдируемой присадкой. Этот метод напоминает сварку нагретым воздухом с присадкой. Метод дает удовлетворительные результаты как при сварке образцов из пленок, так и при сварке листов большой толщины.