Термоимпульсная сварка
По физической сущности термоимпульсная сварка является разновидностью контактно-тепловой сварки. Принципиальным отличием термоимпульсной сварки является использование малоинерционного нагревателя с высоким электрическим сопротивлением. Такие нагреватели в виде узких металлических лент или проволоки разогреваются за доли секунды за счет подаваемого на них импульса тока.
Благодаря такой скорости температуру нагревателя можно ограничить температурой деструкции полимера (рис. 5.26). После отключения источника электрического тока направление потока тепла меняется на обратное, от полимера к нагревателю. Остаточное тепло из сварного шва отводится через нагревательную ленту, которая вследствие малой теплоемкости охлаждается достаточно быстро. При этом охлаждение осуществляется под давлением, что является главным преимуществом термоимпульсной сварки. Охлажденные поверхности,
Как правило, не прилипают к нагревательному инструменту. Для полного исключения прилипания полимера нагреватель 4 изолируют антиадгезионной разделительной прокладкой 3 (рис. 5.27).
|
Рис. 5.26. Принципиальная схема термических циклов при термоимпульсной сварке. Температура: Гд — деструкции; Гсв — сварки; Гпм — поверхности материала; Тпс — свариваемой поверхности. Продолжительность: TH — нагрева; Гохл — охлаждения; Гпо — подготовительных операций |
Термоимпульсной сваркой соединяют тонкие пленки из по- лиолефинов, поливи — нилхлорида, полиамидов, сложных эфиров и т. д. Для каждого материала существует допустимый перепад темпе-
Ратур между внешней и внутренней его поверхностями. Величина этого перепада зависит от теплопроводности и теплостойкости материала и определяет максимальную толщину пленки, которая может быть сварена термоимпульсным методом. Для сварки тонких пленок (до 100-150 мкм) применяют односторонний нагрев, для более толстых пленок — двусторонний нагрев.
Оптимальную температуру термоимпульсной сварки устанавливают опытным путем, изменяя величину и длительность импульса электрического тока, пропускаемого через нагреватель. Длительность импульса тока поддерживается автоматически с помощью реле времени. Это позволяет предотвратить перегрев материала, особенно в случаях интенсивного режима нагрева.
|
Y//S//S |
|
Рис. 5.27. Схема термоимпульсной сварки: 1 — подвижная прижимная губка; 2 — теплоизоляция; 3 — разделительная пленка; 4 — нагреватель; 5 — свариваемые Детали; 6 — эластичная теплоизоляция; 7 — неподвижная прижимная губка (подложка) |
В зависимости от типа и толщины материала продолжительность нагрева составляет от десятых долей секунды до нескольких секунд, давление — от 0,01 до 0,2-0,3 МПа.
|
(5.13) |
Эффективность термоимпульсной сварки определяется коэффициентом
Т — Т К = Н п
Т — Т
1св Лп
Где Тн — температура нагревателя, °С; Тсв — температура в месте сварки (на расстоянии толщины пленки от нагревателя), °С; Тп — температура подложки, °С.
0.025 0,05 0,075 0,10 0,125 0.15
ТЪлщина пленки d, мм
Рис. 5.28. Зависимость коэффициента отношения температур К при термоимпульсной односторонней сварке от толщины полиэтиленовой пленки D при продолжительности сварки T, с: 1 -0,1; 2 — 0,25; 3 — 0,5; 4 — 1,0
Экспериментально установленные зависимости К от толщины полиэтиленовой пленки приведены на рис. 5.28. Подобные зависимости позволяют устанавливать соотношения между продолжительностью сварки и толщиной пленки. Так. при допустимом для полиэтилена значении К = 1.6 и продолжительности сварки 0.25 с в условиях одностороннего нагрева можно сваривать пленку максимальной толщины 120 мкм (см. рис. 5.28. кривая 2). Более чувствительная к перегреву пленка из пластифицированного ПВХ имеет допустимое значение К = 1.15-1.20. поэтому она в аналогичных условиях может быть сварена максимальной толщины не более 40 мкм.
Скорость охлаждения сварного шва. как и скорость нагрева. определяются качеством теплоизоляционного слоя узла крепления нагревателя.
Обычно нагреватель в виде нихромовой полосы шириной 3- 5 мм или нихромовой проволоки диаметром 0,6-1.0 мм крепят в корпусу из диэлектрика (рис. 5.29). Для одновременного по-
|
А |
В
|
Диэлек — _bx[ |
|
Трик |
|
Тт Нихромовая Нихромовая проволока полоска |
Диэлек трик
Нихромовая проволока Нихромовая полоска
Рис. 5.29. Нагревательный инструмент термоимпульсной сварки: а — с нихромовой полоской; б — с нихромовой проволокой; в — наборный с нихромовыми полосками и проволокой
Лучения двух сварных швов и обрезки пленки между сварными швами применяют наборный нагреватель из двух нихромо — вых полос и проволоки. В современных фасовочных автоматах для разрезки пленки между соседними сварными швами и отделения упакованной продукции часто используют конструкцию узла термоимпульсной сварки с встроенным отрезным ножом (рис. 5.30) [27]. Для сокращения длительности охлаждения нагревательный элементу сварочных аппаратов большой мощности охлаждается воздухом или водой. Поскольку охлаждение под давлением ниже Тс для аморфных полимеров или
|
Рис. 5.30. Схема термоимпульсной сварки фасовочного автомата с отрезкой упакованной продукции: 1,2 — упаковка; 3 — термоимпульсный нагреватель; 4 — отрезной нож |
Ниже Тпл для кристаллических полимеров длится доли секунды, весь процесс сварки занимает 1-5 с.
Протяженность сварного шва. получаемого за один цикл сварки, определяется длиной нагревательной ленты, которая ограничивается большим тепловым расширением. Так, удлинение ленты из нихрома длиной 0,8 м при нагреве до 500°С составляет около 7 мм. Такое значительное удлинение может привести в процессе сварки к смещению материала и к снижению прочности шва. Промышленностью выпускаются сварочные аппараты, позволяющие получать прямолинейные швы длиной 0,1-1,5 м и шириной 2-4 мм. Протяженные швы могут быть изготовлены шаговым методом со скоростью, достигающей 10-15 м/мин в автоматических установках.
ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО29 ноября, 2012