Сварка пластмасс с помощью экструдера

Назначение

Экструзионная сварка применяется для сварки листов, пленки и прочих изделий из термопластов. Изогнутые детали, радиус изгиба которых многократно превышает ширину шва и длину сварочного башмака, могут считаться листами и свариваться как листы.

Требования

Требования к деталям, соединяемым экструзионной сваркой те же, что и при использовании других технологий сварки изделий из полимеров: свариваться вместе могут только изделия из термопластов, т. е. из материала, который можно нагреть до расплавления и затем остудить без заметного изменения свойств; свариваться вместе могут только изделия из одинакового материала.

При экструзионной сварке те же требования предъявляются к присадочному материалу; свариваемые поверхности должны быть чистыми.

Особенно важно, чтобы не было жирных загрязнений; процесс охлаждения шва должен протекать медленно, при естественных условиях. Искусственное ускорение охлаждения ведет к перепадам температур в материале и уменьшению прочности шва.

Оборудование и технология

Переносное оборудование для экструзионной сварки состоит из экструдера и устройства для нагрева воздуха. Экструдер приводится в действие электромотором (ручной дрелью). Рубашка экструдера нагревается электронагревателями или нагретым воздухом. Присадочный материал, подаваемый в экструдер в форме прутка или гранул, нагревается от рубашки экструдера, а также за счет трения о поверхность шнека и рубашку экструдера, перемешивается до состояния однородной расплавленной массы и подается в зону сварки через сварочный башмак.

рис. 1

Наиболее часто свариваются листы и пленка из ПНД или ПП. ПВХ и ПВДФ — более жесткие материалы. ПВХ, кроме того, отличается неприятной особенностью — даже у материала с добавками «стабилизаторов» температура термодеструкции не намного превышает температуру пластификации. Поэтому для сварки ПВХ и ПВДФ используется экструдер со шнеком специальной формы, который более тщательно перемешивает материал в процессе его расплавления. Сварка ПВХ, кроме того, сопряжена с дополнительными ограничениями из-за температурной неустойчивости материала — в частности, экструдер не должен выключаться и вновь включаться в процессе сварки пластмасс.

Устройство для нагрева воздуха (термофен) нагревает воздух и подает его через сварочный башмак (или через отдельное сопло) на свариваемые поверхности, чтобы нагреть их непосредственно перед подачей расплавленного присадочного материала.

Присадочный материал подается между свариваемыми поверхностями и придавливается скользящим сварочным башмаком, формируя сварной шов необходимой формы. Температура нагретого воздуха и расплавленного присадочного материала, подаваемых в зону сварки, регулируется блоком автоматики экструдера.

Форма сварочного башмака

Для изготовления сварочного башмака используется полимер с высокой температурой плавления и хорошими антиадгезионными свойствами. Наилучшие результаты показал фторопласт-4 (политетрафторэтилен).

Сварочный башмак должен изготавливаться с расчетом на определенную форму и размер шва. Главное правило: чем шире шов, тем длиннее должен быть башмак. ГОСТ 16310–80 описывает форму и размеры сварных экструзионных соединений для листов из термопластов толщиной 2–20 мм. Наиболее часто применяемые сварочные башмаки и соответствующие им формы сварного шва показаны на рис. 2.

рис.2

Выполнение двусторонних швов

Перед сваркой шва с другой стороны рекомендуется проварить корневой слой с помощью термофена или вырезать корневой слой для заполнения полости присадочным материалом (рис. 3).

Разновидности оборудования

Экструдеры делятся на группы по следующим признакам.

Конструкция по назначению:

  • для производства емкостей (рис. 4);
  • для сварки листов / пленки на полу / земле.

Экструдеры, предназначенные для сварки на земле, снабжены специальной рукояткой для удобства работы стоящего человека. Кроме того, если подача нагретого воздуха осуществляется не через сварочный башмак, а через отдельное сопло, то это сопло располагается сверху над сварочным башмаком.

У экструдеров, предназначенных для сварки емкостей, сопло для воздуха находится справа от сварочного башмака.

рис. 4

Тип электродвигателя

Двигатель постоянного тока с графитовыми щетками:

  • двигатель специально разработан для экструдеров, имеет гораздо больший ресурс, чем двигатель стандартных электродрелей;
  • электронный регулятор оборотов;
  • удобный доступ для замены щеток;
  • цена комплекта ниже, чем в случае асинхронного двигателя с частотным регулятором.

Асинхронный двигатель без графитовых щеток:

  • управление оборотами двигателя – с помощью внешнего частотного регулятора;
  • ресурс двигателя выше, чем у двигателя постоянного тока;
  • точное регулирование производительности экструдера в диапазоне 20–100%;
  • обороты двигателя очень стабильны, не зависят от момента нагрузки на шнеке.

Асинхронный двигатель привода с частотным регулятором – революционная новинка. В отличие от традиционного двигателя с графитовыми щетками, здесь регулируются непосредственно обороты двигателя. Настроенные обороты никак не влияют на момент вращения на валу двигателя. Поэтому момент нагрузки, в свою очередь, не отражается на оборотах. Другими словами, обороты двигателя и, соответственно, шнека экструдера, очень стабильны и могут настраиваться в очень широком диапазоне. Ресурс асинхронного двигателя – во много раз выше, чем у традиционного.

Источник сжатого воздуха

Встроенный термофен (рис. 5):

рис. 5

  • встроенный термофен служит как нагревателем, так и нагнетателем воздуха;
  • нет потребности в дополнительном оборудовании для подачи воздуха;
  • удобство работы в полевых условиях.

Внешний источник (рис. 6):

рис. 6

  • нагрев воздуха встроенным нагревателем, подача воздуха – от сети сжатого воздуха предприятия или от компрессора;
  • облегченная конструкция;
  • требование к внешнему источнику – не менее 0,4 бар / 300 л/ч.

Для того, чтобы экструдеры, рассчитанные на внешний источник сжатого воздуха, можно было использовать в полевых условиях, MUNSCH предлагает переносной компрессор с очисткой воздуха.

Форма присадочного материала

Сварочный пруток:

  • обеспечивает стабильную подачу материала независимо от положения экструдера в пространстве;
  • диаметр сварочного прутка зависит от модели экструдера.

Гранулы:

  • загрузка гранулированного материала из специальной емкости на экструдере;
  • в ряде случаев проще перемолоть отходы материала на дробилке, чем найти сварочный пруток из того же материала.

Стандартный сварочный пруток изготавливается из ПНД или из ПП. В случаях, когда необходимо сваривать более редкие термопласты (АБС, поликарбонат или пр.), бывает проще получить гранулированный или дробленый присадочный материал. Согласуйте с дистрибьютором или производителем экструдеров возможность сварки вашего материала и режимы сварки!

Система нагрева камеры плавления

Нагрев горячим воздухом (рис. 7):

рис. 7

  • более простая и дешевая, но менее точная система;
  • горячий воздух, нагретый встроенным термофеном или нагревателем, пропускается через полость вокруг камеры плавления и только после этого подается через сварочный башмак в зону сварки

Раздельный нагрев камеры плавления и зоны сварки(рис. 8):

рис. 8

  • электронагреватели расположены друг за другом вокруг камеры плавления, образуя последовательные зоны нагрева;
  • более точная и технологически эффективная система нагрева;
  • горячий воздух подается сразу в зону сварки, минуя камеру плавления.

Технология экструзионной сварки – отработанная десятилетиями и надежная. По сравнению со сваркой горячим воздухом, экструзионная сварка предлагает более высокое качество и производительность работы.

Автор статьи: А.В. Жуков Журнал «Сантехника 06/2005″