Полимерные (более известные как пластмассовые или пластиковые) конструкции сегодня широко распространены в разных областях строительства.
Материал отличается легкостью, прочностью и высокими показателями долговечности. При этом в отличие от металлов не подвержен коррозии. Еще один плюс использования пластмасс – легкость монтажа.
В промышленности наибольшую популярность получила сварка полимеров (и пластмасс в частности) ультразвуком. Далее мы расскажем о ней более подробно, не забыв указать особенности, сильные стороны и технологию.
Ультразвуковая сварка простыми словами
Ультразвуковая сварка – метод соединения полимерных конструкций, основанный на генерировании тепловой энергии из механических колебаний. С помощью специального аппарата на пластмассовую деталь направляется доза ультразвука. В процессе обработки она трансформируется в тепловую энергию и начинает воздействовать на молекулы материала, заставляя их нагреваться.
Мы описали примерный процесс, который происходит при сварке полимеров и пластмасс ультразвуком. Понимание основных условий процесса поможет вам лучше разобраться в особенностях работы с пластмассами и сварочным оборудованием.
Техническое описание ультразвуковой сварки
Теперь поговорим о соединении полимерных конструкций более подробно. У большинства из нас слово «сварка» ассоциируется с электродами, которые под воздействием температуры плавятся, заполняя пространство между деталями.
В случае с ультразвуковой сваркой все выглядит совершенно по-другому. Прежде всего, для работы нам понадобится только сам сварочный аппарат и соединяемые элементы. Никаких дополнительных расходных материалов (проволока, электроды) приобретать не нужно.
В процессе преобразования энергий энергия делится на 2 вида: статическую и динамическую. Первый тип создает механическое давление перпендикулярно шву, делая его более прочным. Динамическая энергия отвечает за нагрев пластика до нужной температуры плавления.
Эта технология используется преимущественно для соединения деталей из одного материала (полимера). Однако ее можно успешно применять для сварки конструкций с разными температурами плавления и даже химическими свойствами (например, пластмасса и сталь). Главное условие – материал должен выдержать ультразвуковое воздействие.
Настройка сварочного аппарата
Разнообразие типов полимеров в зависимости от химического состава вынуждает специалистов аккуратно подходить к подбору параметров сварки. На крупных промышленных предприятиях предварительно изучают представленные образцы пластмасс и определяют для них оптимальные показатели.
Учитывается также и тип шва. Задача – определить, при каких условиях получится наиболее качественное, прочное и герметичное соединение пластмасс. По результатам исследований сварщику дают точные данные таких параметров:
- время воздействия ультразвуком для регулировки скорости сварки;
- амплитуда колебаний волновода определяет общее время на создание сварного соединения и его прочность;
- статистическое давление выводится на основании амплитуды и также влияет на характеристики шва;
- динамическое давление;
- частота электрических колебаний;
- температура предварительного разогрева.
Кроме химических свойств материала учитываются физические параметры деталей – форма, габариты и пр. В домашних условиях подобную работу провести невозможно.
Чтобы избежать серьезных ошибок и не испортить закупленные материалы, специалисты рекомендуют взять несколько небольших образцов и провести испытания на них. Так с минимумом затрат вы сможете определить нужные режимы, температуру плавления и время воздействия.
Классификация ультразвуковой сварки
Существует ряд критериев, по которым можно разделить ультразвуковую сварку на виды и подвиды.
- По принципу управления:
- ручная – сварщик самостоятельно передвигает инструмент, задавая направление;
- механическая – с помощью автоматического оборудования задаются точные координаты, по которым должен идти шов.
- По характеру движения волновода:
- непрерывная – скорость волновода не изменяется на всем промежутке создания шва;
- прерывная – перемещения осуществляются с определенными промежутками.
- По принципу подачи энергии:
- односторонняя – применяется для соединения деталей с небольшой толщиной;
- двухсторонняя – предусматривает дополнительное охлаждение и используется при работе с толстыми элементами.
В зависимости от толщины соединяемых деталей сварку ультразвуком также можно разделить на контактную и передаточную.
В первом случае речь идет о монтаже тонких конструкций (толщина каждой детали меньше 2 мм). Для сварки одну из них накладывают на другую внахлест и делают шов по общей площади касания.
При этом энергия выделяется в таком количестве, чтобы расплавить пластик в месте контакта и равномерно распределиться вдоль шва. Такой метод гарантирует прочность и надежность соединения.
Плюсы и минусы ультразвуковой сварки
Чтобы лучше понять популярность соединения полимерных деталей с помощью ультразвука, нужно разобраться в его преимуществах и недостатках. Стоит отметить, что первых гораздо больше:
- сочетание низкой себестоимости работы с высоким показателем производительности;
- сварные швы отличаются герметичностью, прочностью, надежностью и устойчивостью к механическим нагрузкам вне зависимости от толщины деталей;
- сокращается время на подготовительные работы, так как ультразвуковая сварка менее требовательна к чистоте обрабатываемой поверхности;
- направленное действие волны не дает плавиться материалу за пределами сварного соединения;
- напряжение воздействует на поверхность деталей на некотором расстоянии, благодаря чему отсутствует эффект радиопомех;
- ультразвуковую сварку можно использовать в промышленных масштабах, выбирая подходящий тип шва;
- метод доступен для материалов с разным химическим составом;
- ультразвуковая сварка не требует особых условий на рабочем месте кроме одного – наличие электроэнергии;
- при правильно выборе режима можно добиться того, что сварочный шов будет почти незаметен;
- сварочные работы можно комбинировать с другими технологическими процессами – резка, полимерное напыление и пр.;
- весь процесс абсолютно безопасен для сварщика, так как нет необходимости в использовании вредных веществ (растворитель, клей);
Недостатки у сварки пластмасс ультразвуком также есть, но их совсем немного.
- Сварной шов невозможно проверить на прочность и герметичность каким-то единым методом. При недостатке опыта и мастерства часто происходят случаи некачественного соединения.
- Генератор работает на малых мощностях. Из-за этого зачастую приходится использовать двустороннюю подачу энергии.
Однако если вам достался простой аппарат без такой удобной опции, рекомендуем предварительно потренироваться на обрезках. При работе с пластиковыми трубами, можете воспользоваться таблицей, приведенной ниже.
| Параметры сварки | Материал труб | ||
| Полиэтилен низкой плотности | Полиэтилен высокой плотности | Полипропилен | |
| Температура нагрева инструмента (град Цельсия) | 220±10 | 200±10 | |
| Давление в стыке при нагреве торцов труб (МПа) | 0,02-0,05 | 0,04-0,08 | |
| Время нагрева (сек) при толщине стенок трубы (мм) | |||
| 4
6 8 10 12 14 16 |
35
50 70 85 100 120 160 |
50
70 90 110 130 160 180 |
60
80 90 100 150 180 230 |
| Давление осадки (МПа) | 0,1-0,2 | 0,2-0,3 | |
| Время охлаждения шва под давлением (мин) при толщине стенки трубы (мм) | |||
| 4-6
7-12 14-16 |
3-4
5-8 10-15 |
3-5
6-9 10-15 |
3-5
6-10 12-16 |
Указанные значения времени нагрева действительны при температуре окружающей среды не менее 20 градусов Цельсия.
Необходимо оборудование
Для сварки ультразвуком вам понадобиться специальное оборудование. Если вы не планируете заниматься соединением пластиковых деталей на постоянно основе, рекомендуем взять все необходимое в аренду.
Обязательно наличие двустороннего подвода электроэнергии. Чтобы аппарат не перегревался, необходимо обеспечить систему охлаждения (как правило, используется воздушная или водная).
Трансформатор упругих колебаний. Устройство является посредником между волноводом и преобразователем, согласовывая их действия. Также с его помощью можно регулировать амплитуду колебаний с торца волновода. Волновод либо акустический трансформатор. Агрегат необходим для передачи механической энергии и фокусировки давления в нужных точках. Опора. Эта часть сварочного аппарата служит для фиксирования пластиковых элементов. При необходимости можно использовать ее как еще один волновод.Как мы уже говорили, некоторые модели имеют возможность автоматически выбирать режим сварки и регулировать другие важные параметры. Такие аппараты позволяют создавать максимально точные и качественные соединения. Также можно поискать устройство, на котором те же действия выполняются вручную. Но в этом случае нужно быть предельно внимательным при установлении параметров.
Действуя интуитивно, они легко устанавливают подходящий режим и другие параметры. Новичкам мы не советуем действовать таким способом, особенно на важных участках. Лучше набраться опыта и заручиться поддержкой более осведомленных мастеров.
