Технология ультразвуковой сварки пластмасс

В настоящее время существует большое многообразие схем, по которым осуществляется ультразвуковая сварка пластмасс.

По характеру распределения вводимой акустической энергии относительно свариваемых поверхностей ультразвуковую сварку пластмасс можно разделить на контактную и передаточную. В первом случае вводимая волноводом механическая энергия равномерно распределена по всей площади контакта свариваемых деталей, как показано на рис. 3.59, а. Это достигается тем, что рабочий торец волновода, контактирующий с верхней деталью, имеет такие же форму и площадь, как и свариваемые детали. Как правило, контактная ультразвуковая сварка

Схемы контактной ультразвуковой сварки

Рис. 3.59. Схемы контактной ультразвуковой сварки: а — прессовая; 6 — шовная

применяется для соединения мягких пластмасс (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид и др.) небольшой толщины (0,05... 1,5 мм). При этом наиболее распространены нахлссточные соединения (рис. 3.59, б). В данном случае плоскость ввода механических колебаний (плоскость контакта волновод — пластмасса) располагается на незначительном расстоянии от плоскости раздела свариваемых деталей, которое определяется толщиной верхней детали. По этой причине контактную сварку называют ближней или сваркой в ближнем поле.

При реализации передаточной сварки механические колебания вводятся в отдельной точке или на небольшом участке поверхности верхней детали (рис. 3.60). Дальнейшая передача и равномерное распределение механической энергии зависят в этом случае от упругих свойств свариваемого материала. Поэтому передаточную сварку рекомендуется применять для соединения объемных деталей из жестких пластмасс, таких как полистирол, полимстилмета- крилат и др. При этом наиболее рациональны соединения встык или втавр.

При выполнении передаточной сварки концентратор желательно располагать по оси симметрии свариваемого изделия. Удаление зоны ввода ультразвуковых колебаний от плоскости раздела

Схемы передаточной ультразвуковой сварки

Рис. 3.60. Схемы передаточной ультразвуковой сварки

свариваемых деталей может составлять 10...250 мм и зависит от упругих свойств материала. Иногда передаточную сварку называют дальней или сваркой в дальнем поле.

По степени непрерывности процесса ультразвуковую сварку пластмасс можно разделить на прессовую и непрерывную.

Прессовая сварка выполняется за одно рабочее движение волновода. При этом по данной схеме может осуществляться как контактная, так и передаточная ультразвуковая сварка пластмасс. Посредством контактной прессовой сварки получают точечные, прямолинейные и замкнутые швы самого различного контура, например в виде круга, квадрата, прямоугольника, треугольника, эллипса и т.д. (см. рис. 3.59, а), в зависимости от формы рабочего торца волновода. При этом развернутая длина сварного шва в форме квадрата, прямоугольника и треугольника составляет

200...240 мм, а в случае прямолинейных швов — 240 мм. При использовании круглых волноводов максимальный диаметр контура шва составляет порядка 120 мм, для точечного волновода оптимальный диаметр точки 10 мм.

Контактная прессовая ультразвуковая сварка пластмасс может выполняться с фиксированным временем сварки, фиксированным зазором и фиксированной осадкой. В первом случае время сварки остается постоянным для всех изделий и задается с помощью реле времени. При сварке с фиксированным зазором между торцом волновода и опорой предварительно устанавливают зазор, величину которого определяют в каждом конкретном случае эксперимен-

258

тально. При сварке пленочных материалов наличие фиксированного зазора позволяет достаточно точно дозировать вводимую в материал акустическую энергию.

С помощью непрерывной сварки получают непрерывные протяженные сварные швы за счет относительного перемещения волновода и свариваемого изделия. Она применяется для сварки изделий из пленок и синтетических тканей (мешков, непромокаемой одежды, фильтров и т.п.).

По степени механизации непрерывная сварка подразделяется на ручную и механизированную. При ручной сварке непрерывные швы любой конфигурации получают за счет перемещения сварочного пистолета при неподвижном изделии. Таким способом можно соединять многослойные пакеты из полиэтилентерефта- латной пленки, ориентированных полиамидных пленок, имеющих металлизированное, фотоэмульсионное или ферролаковое покрытие (без удаления последнего) и т.п. Ручная сварка полиэтиленовых пленок затруднена вследствие периодического налипания размягченной пленки на инструмент, что может приводить к прижогам. Ручную сварку можно применять для соединения в труднодоступных местах (рис. 3.61), а также для прихвата деталей перед механизированной сваркой.

В процессе механизированной непрерывной сварки перемещается, как правило, свариваемое изделие, а сварочный волновод остается неподвижным.

Схемы ультразвуковой сварки в труднодоступных местах

Рис. 3.61. Схемы ультразвуковой сварки в труднодоступных местах: 1 — концентратор; 2 — деталь, затрудняющая доступ к месту сварки;

  • 3 — нижняя деталь
  • 259

В зависимости от способа перемещения свариваемого материала механизированная сварка подразделяется на шовно-шаговую и шовную.

Шовно-шаговая сварка сочетает прессовую сварку с периодическим перемещением свариваемого материала под инструментом на шаг сварки. В момент перемещения изделия давление на инструмент снимается, а величина перемещения на шаг выбирается такой, чтобы обеспечить необходимое перекрытие швов. Этот способ сварки целесообразно применять для соединения пластмасс толщиной 0,5...2 мм.

Шовная сварка может осуществляться по схеме «на протяг» (рис. 3.62, а), когда изделие протягивается между неподвижной опорой и колеблющимся торцом волновода или между двумя загнутыми волноводами (рис. 3.62, б), и по схеме «на вращающемся ролике» (см. рис. 3.59, б). Во всех этих случаях для ограничения вводимой акустической энергии можно применять схему с фиксированным зазором.

Сварка «на протяг» между двумя загнутыми волноводами позволяет расширять интервал толщин, при которых еще удается получить сварное соединение деталей из мягких пластмасс, в сторону как уменьшения, так и увеличения. Возможность получения сварного соединения при протягивании материала через зазор между двумя волноводами обусловлена тем, что в этом случае уменьшается теплоотвод от разогретой зоны, поскольку вместо массивной

Схемы шовной сварки «на протяг» с подводом ультразвуковых

Рис. 3.62. Схемы шовной сварки «на протяг» с подводом ультразвуковых

колебаний:

а — односторонним; б — двусторонним; 1 — концентратор; 2 — свариваемый материал; 3 — магнитострикционный преобразователь; 4 — сварной шов

260

опоры используется один из колеблющихся волноводов. Поэтому зона максимального разогрева сдвигается к границе контакта свариваемых поверхностей, что позволяет значительно повышать производительность процесса.

При ультразвуковой сварке изделий из пластмасс одним из важных факторов, влияющих па процесс формирования сварных швов, является конструкция разделки сопрягаемых поверхностей. Необходимая геометрическая форма и правильная подготовка поверхностей не только облегчают сварку, но и способствуют повышению прочности шва, увеличивают производительность сварки и позволяют в процессе ее выполнения строго фиксировать одну часть свариваемого изделия относительно другой его части.

Разделки кромок по форме могут различаться, по, как правило, одна из стыкуемых деталей должна иметь выступ, входящий по всей длине в соответствующий паз другой детали (рис. 3.63). При этом стыкуемые детали должны первоначально иметь малую контактную поверхность, для чего паз выполняют плоским, а выступ — острым. Это способствует концентрации механической энергии на выступе, ускоряет процесс нагрева и сварки пластмасс.

Наиболее приемлемой является V-образная разделка свариваемых кромок, которая используется для соединения деталей, показанных на рис. 3.63, а. В этом случае на верхней детали делается V-образный выступ, а на нижней — V-образный желобок. Причем высота выступа должна быть больше, чем глубина желобка, на 0,05...0,03 мм. При соединениях такого типа достигается лучшая текучесть разогретого материала под действием сварочного давления, а шов при этом имеет хороший внешний вид. Кроме того, для соединений этого типа необходимо предусматривать допуски на текучесть размягченной пластмассы, которая выдавливается из зоны

Типы разделки кромок свариваемых поверхностей изделия

Рис. 3.63. Типы разделки кромок свариваемых поверхностей изделия

261

шва, образуя грат (рис. 3.63, б). Если по техническим условиям грат недопустим, то используют специальные конструкции шва (рис. 3.63, в), предотвращающие выплески пластмассы. Доведенная до вязкотекучего состояния пластмасса должна соединять две стыкуемые поверхности, заполняя зазор в несколько десятых долей миллиметра.

В настоящее время ультразвуковая сварка пластмасс очень широко применяется в самых различных отраслях промышленности. Так, в автотракторной промышленности она используется при изготовлении осветительной арматуры (световозвращатели, фары, боковые, передние и задние указатели габаритов, эмблемы и т.п.). Материалы — сополимеры стирола. Общий объем выпуска таких изделий составляет несколько миллионов штук в год.

В электротехнической и радиотехнической отраслях промышленности ультразвуковая сварка нашла применение для герметизации аккумуляторов из полиамида, микроминиатюрных радиотехнических разъемов из полиамида и полистирола, переключателей различных типов из полиамида, корпусов электроизмерительных приборов и бытовой радиоаппаратуры из полистирола и т.п.

Ультразвуковая сварка пластмасс широко применяется при изготовлении изделий медицинского назначения. Например, при сварке трикотажно-лавсанового полотна для систем переливания крови, при изготовлении катетеров, мочеприемников и т.п.

Разработана технология ультразвуковой сварки детских игрушек из полистирола вместо склеивания их токсичными клеями (например, дихлорэтаном), а также различных товаров народного потребления (массажных щеток, труб, шариковых ручек и т.д.).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >