Некоторые пластмассы (полиамиды) чувствительны к кислороду. Последний снижает прочность и пластичность сварных швов, поэтому сварку в этом случае выполняют инертным газом. Полиэтилен также рекомендуется нагревать азотом или углекислым газом. Однако он хорошо сваривается и при использовании горелок с газовым пламенем. Нагретыми газами чаще всего сваривают винипласт, полистирол и некоторые другие пластмассы.
Наиболее широко сварку нагретым воздухом используют при изготовлении сварных конструкций из винипласта. Прочность сварных соединений в значительной мере зависит от технологического режима сварки (температуры и количества подаваемого воздуха, диаметра сопла горелки и сварочного прутка, толщины свариваемого материала и т. д.).
Винипласт не имеет определенной точки плавления. При температуре выше 80° С (353 К) он размягчается, при 180° С (453 К) начинает течь, в интервале 200— 220° С (473—493 К) переходит в вязкотекучее состояние, а если приложить при этом давление — сваривается.
Влияние температуры воздуха на скорость сварки и прочность сварного соединения винипласта
Температура воздуха °С (К) | Скорость сварки однорядного шва. м/ч | Предел прочности при разрыве Х-образного шва, кгс/см2 (MH/м2) | Прочность соединения по основному материалу, % | Примечание |
210 (483) | 4,8 | 140 (13,72) | 25 | Сварка горелкой косвенного нагрева |
230 (503) | 8,4 | 340 (33,34) | 25 | Давление воздуха 0,6 ат |
250 (523) | 11,4 | 325 (31,88) | 58 | Диаметр сопла 2,5 мм |
270 (543) | 13,8 | 350 (34,32) | 63 | Диаметр прутка 2,5 мм |
300 (573) | 15,0 | 170 (16,67) | 30 |
|
320 (593) | Материал разлагается |
|
|
Температура сварки лежит вблизи критической точки, при которой материал начинает разлагаться.
Чтобы, оптимальная температура горячего воздуха в месте сварки составляла 200—220° С (473—493 К), воздух в горелке следует нагревать до 230—270° С (503— 543 К).
В табл. 26 приведены данные о влиянии температуры нагреваемого воздуха на скорость сварки и прочность шва. С повышением температуры воздуха скорость сварки увеличивается, а сварной шов становится более прочным. Если температура воздуха при сварке превышает 270°-С (543 К), материал будет разлагаться; при температуре ниже 230° С (503 К) не обеспечивается достаточная прочность соединения.
Сменный наконечник выбирают в зависимости от толщины листов, диаметра прутка и формы разделки кромок. Наконечники с диаметром отверстия 1,5—2 мм применяют для сварки листов незначительной толщины (3—5) мм, с диаметром 3,5—4 мм — для сварки листов толщиной 16—20. мм. Диаметр отверстия наконечника горелки должен быть равен диаметру сварочного прутка. Если диаметр отверстия не соответствует диаметру прутка, равномерно прогреть пруток становится довольно трудно, а значит и прочность шва будет снижена.
Скорость разогрева сварочного прутка и кромок листа воздухом зависит от профиля шва. Например, дляV- и Х-образных швов тепловые потери при сварке меньше, чем при угловых и внахлестку. Поэтому при одинаковой толщине листа следует применять соответственно наконечники меньших или больших диаметров.
Прежде чем включить сварочную горелку, пускают газ-теплоноситель, количество которого регулируют кранами общей сети и на горелке. Затем его поджигают (если применяется газовая горелка) или включают электрический ток (в случае электрической горелки). Такая последовательность обязательна, иначе можно прожечь медный змеевик у газовой горелки или расплавить нагревательную спираль у электрической.
Температуру воздуха можно контролировать следующим образом. Наконечник горелки установить на расстоянии 5 мм от шарика ртутного термометра. Если через 10— 15 с термометр покажет необходимую температуру, приступить к сварке. Если температура сварки назначена правильно, то через 2—3 с после приближения горелки на винипласте появится матовое пятно.
Качество шва зависит от скорости укладки сварочного прутка, угла наклона его при подаче в шов, величины усилия при вдавливании размягченного прутка, расстояния от наконечника до свариваемой поверхности, положения и направления горелки при сварке. Чтобы материал не перегревался, стремятся размягчить только кромки и пруток, для чего к последнему прикладывают некоторое давление, создаваемое рукой.
Средняя скорость укладки сварочного прутка диаметром 3 мм при электрической горелке должна составлять 12—15 м/ч. При меньшей скорости время нагрева увеличивается, вследствие чего пруток и свариваемый материал могут перегреться. При скорости укладки более 15 м/ч сварочный пруток и материал не успевают нагреться До температуры сварки. И в том и другом случаях снижается прочность соединения.
Сварочный пруток должен подаваться под углом 90° к поверхности сварного шва. Если угол превышает 90°, часть усилий тратится на вытягивание прутка в пластичном состоянии, вследствие чего при дальнейшем охлаждении возникают усадочные напряжения, которые разрывают пруток. При наклоне, меньше 90°, пруток разогревается быстрее, чем основной материал (и на более длинном участке), в результате чего он не приваривается к свариваемым деталям.
Кроме того, часть усилия при вдавливании прутка расходуется на сжимание в продольном направлении, обратном его движению, вследствие чего образуются «волны». Прочность соединения при неправильной подаче прутка в шов резко снижается, и пруток легко отделяется от поверхности сварочного шва.
Угол наклона наконечника горелки к поверхности сварного шва выбирают в зависимости от толщины материала. Для листов толщиной менее 5 мм угол наклона а. рекомендуется 20—25°, при 10—20 мм — 30—45°. Расстояние между наконечником и поверхностью шва следует поддерживать постоянным (5—8 мм). Хорошее соединение прутка с основным материалом в начале шва будет обеспечено, если пруток нагреть и приварить так, чтобы конец его выступал за срез изделия на 3—5 мм.
Покачиванием горелки можно быстро изменить направление струи воздуха и добиться тем самым равномерного нагрева сварочного прутка и основного материала. Пруток укладывают в продольном направлении между приваренными прутками. В ответственных соединениях корень шва подваривают, чем значительно улучшают качество сварки.
После сварки шов должен медленно охлаждаться. Искусственное охлаждение, особенно при сварке листов толщиной более 10 мм, может привести к растрескиванию. После охлаждения и зачистки швы подвергают контролю.
Прочность сварных швов при различных видах нагрузки по отношению к прочности основного материала (в %) составляет: встык при срезе 65, при растяжении 75, при сжатии 85, при изгибе 65; валикового при растяжении 65; удельная ударная вязкость материала сварного соединения 10.
При прутковой сварке винипласта отмечается низкая ударная вязкость шва, а также снижение ударной вязкости основного материала на границе сварного шва. Винипласт чувствителен к концентраторам напряжений, поэтому даже при наварке прутка на трубу ударная вязкость материала уменьшается в месте приварки почти в 10 раз.
Существенный недостаток сварки в струе горячего воздуха — низкая производительность. Средняя скорость укладки одного сварочного прутка при работе с газовой горелкой составляет 15—20 м/ч, а электрической — 12— 15 м/ч. Чтобы сварить 1 м винипластовых листов толщиной 18—20 мм с V-образной разделкой, необходимо уложить 30—35 прутков диаметром 3 мм. Следовательно, продолжительность сварки 1 м шва составляет около 2 ч.
Чтобы увеличить скорость сварки, часто повышают температуру газа до 300° С (573 К). Однако при этом необходимо строго сохранять заданные параметры режима сварки, иначе произойдет разложение материала. Время для подогрева присадочного материала может быть сокращено, если применить описанный ранее дополнительный подогрев в специальном патроне.
Органическое стекло сваривают струей воздуха, нагретого до 200—220° С (473—493 К). Время нагрева более продолжительное, чем у винипласта, поэтому скорость сварки почти в 2 раза ниже. Присадочным материалом служат нарезанные из листа прутки с поперечным сечением 7—12 мм2. Более успешно органическое стекло сваривают с применением винипластовых прутков, которые хорошо сцепляются с его поверхностью. Свариваемые поверхности рекомендуется предварительно обезжирить (ацетоном или дихлорэтаном).
Прочность при разрыве сварных соединений органического стекла составляет в среднем 30—45% по отношению к прочности основного материала.
Полиамиды следует сваривать в азоте, температура нагрева которого на 30—50° С (303—323 К) превышает температуру плавления основного материала. Полиэтилен сваривают азотом, нагретым до температуры 200—220° С (473—493 К).