книги из ГПНТБ / Крикунова, И. И. Газовая сварка пластмасс
.pdfИ.И. КРИКУНОВА
Ю.И. НЕКРАСОВ
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ АВТОГЕННОГО
МАШИНОСТРОЕНИЯ
ВНЙИАВТОГЕНМАШ
БИБЛИОТЕКА ГАЗОСВАРЩИКА
И. И. Крикунова, Ю. И. Некрасов
ГАЗОВАЯ СВАРКА
ПЛАСТМАСС
Под редакцией И. А. Антонова и Д. Л. Глизманенко
Москва «Машиностроение» 1974
6П4.3
К82 УДК 621.791.58 (082.1)
Крикунова И. И., Некрасов Ю. И. Газовая сварка пластмасс. М., «Машиностроение», 1974, 88 с.
В брошюре приведены свойства пластмасс и ука зано их влияние на свариваемость. Описаны сущест вующие способы сварки пластмасс, в частности газовым теплоносителем, сварочное оборудование, применяемое при газовой сварке, и организация рабочего места свар щика. Приведены способы подготовки швов под сварку.
Брошюра предназначена для рабочих, мастеров и техников, занимающихся сваркой пластмасс.
Табл. 8, ил. 39, список лит. 11 назв.
I Гос. пубг-
Iиаучно-і .
’библиотек/
ЭКЗ£- •'
ЧИТАЛЪ
К |
31206-072 |
72-74 |
|
|
038(01)-74 |
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пластмассы обладают эластичностью, низкой тепло проводностью, большой механической прочностью, высо кими диэлектрическими и оптическими свойствами, хо рошей антикоррозионной стойкостью, способностью по глощать и гасить вибрации. Они являются во многих случаях полноценными заменителями черных и цветных металлов, а зачастую выступают в качестве незамени мых конструкционных материалов.
Этим объясняется их широкое применение в авиа промышленности, электромашиностроении, автомобиле строении, приборостроении, Станкостроении, в производ стве медицинских инструментов.
Огромна роль пластмасс в производстве предметов народного потребления — посуды, домашних холодиль ников, пылесосов, швейных и стиральных машин, мебе ли, обуви, детски^ игрушек и т. д.
Большую долю в общем производстве пластмасс занимает производство термопластов, применяемых в основном для изготовления сложных и больших габа ритных размеров неразъемных конструкций.
Сварка пластмасс — это соединение деталей с при менением теплоты и давления, с присадкой и без при садки дополнительного материала. Это единственный способ получения герметических и высокопрочных сое динений изделий из пластмасс. Ее широко применяют при строительстве трубопроводов, облицовке различных помещений и емкостей и т. д.
Производство выдвигает все новые и новые требова ния к аппаратуре и технологии сварки пластмасс, кото рые непрерывно совершенствуются и развиваются.
СВАРИВАЕМОСТЬ И СВОЙСТВА ПЛАСТМАСС
Влияние молекулярной и надмолекулярной структур
на процесс свариваемости
Сваривать можно контактирующие поверхности, на ходящиеся в пластическом состоянии. Свариваемость пластмасс характеризуется их способностью переходить в пластическое состояние при нагреве. Однако эта спо собность у всех пластмасс различна. Рассмотрим причи ны, обусловливающие в той или иной степени проявле ние описываемого свойства.
Пластмассы состоят из макромолекул, т. е. молекул, размеры которых велики по сравнению с размерами других органических соединений. В свою очередь, мак ромолекулы состоят из большого количества элементар ных звеньев — мономеров.
У некоторых пластмасс связь между мономерами или цепями мономеров приводит к возникновению простран ственной решетки, т. е. к образованию пространственно сетчатых молекул (рис. 1). Такие молекулы, в свою оче редь, вследствие сил молекулярного взаимодействия об разуют полимерные сетки; между ними возникают проч ные связи, перемещения их ограничены. При этом до какой бы высокой температуры не нагревали пластмас су она не переходит в жидкотекучее состояние, т. е. мак ромолекулы разрушаются без образования текучей фазы. При нагревании на контактирующих поверхно стях таких пластмасс не происходит полного или час тичного взаимного проникновения молекул. Поэтому указанные пластмассы нельзя сваривать. В зависимости от плотности полимерной сетки пластмассы описывае-
4
» j
Рис. 1. Структура термореактивной пластмассы (упрощенная схема)
Рис. 2. Структура нитеобразной
gмолекулы полимера
Рис- 3. Структура неупорядо- |
Рис. 4. Структура частично кри- |
ченного аморфного полимера |
сталлического полимера |
5
мого строения подразделяют на эластомеры и реакто пласты.
Другой тип пластмасс характеризуется нитеобраз ным соединением мономеров в молекуле. В данном слу чае молекулы могут разветвляться и переплетаться между собой (рис. 2). При этом они могут образовать упорядоченную структуру полимера — кристаллическую фазу или неупорядоченную — аморфную фазу. В рас сматриваемых полимерах, называемых еиіе частично кристаллическими пластмассами, эти две фазы суще ствуют одновременно (рис. 3 и 4).
При воздействии на такие пластмассы теплотой сре да молекул значительно изменяется, что обусловливает изменение свойств материала. Дело в том, что при низ ких температурах энергия молекул недостаточна для преодоления действия сил молекулярного притяжения и подвижность их как бы «заморожена», т. е. пластмасса находится в твердо-хрупком состоянии. Вначале с по вышением температуры колебания молекул усиливают ся, однако изменения их расположения еще невозможны (твердо-вязкое состояние). Лишь при достижении опре деленной температуры энергия молекул становится до статочной для преодоления сил межмолекулярного вза имодействия, и взаимное расположение молекул изме няется, т. е. материал переходит в высокоэластическое, а затем в пластическое состояние. У частично кристал лических полимеров для аморфной фазы эта температу ра называется температурой стеклования, а для кристаллической — плавления кристаллов. В основном полимер из твердого состояния в пластическое перехо дит постепенно, поэтому чаще всего говорят об области температур размягчения. Переход полимера в пластиче ское состояние сопровождается уменьшением вязкости расплава, т. е. расплав вначале обладает очень боль шой вязкостью (высокоэластическое состояние), затем при дальнейшем нагревании вязкость уменьшается (со стояние пластичности).
Сваривать можно пластмассы с цепным строением макромолекул и переходящие при' нагреве в пластиче ское состояние (термопласты).
На рис. 5,ö,6 приведены диаграммы состояния и характеристические кривые термопластов в зависимости от температуры их нагрева, с указанием областей при менения и способов переработки термопластов.
б
£fiö. tp
|
б) |
|
ve |
Рис. 5. Диаграммы состояния термопластов: |
|
/ — обработки |
|
а — аморфных; б — частично кристаллических. Области: |
|||
резанием, склеивания и практического применения; |
II — обработки дав |
||
лением; III — литья под давлением и сваривания; |
А—температур раз |
||
мягчения |
стеклования *- и Б—разложения; В—плавления кристаллов; |
||
Е модуль |
упругости; ов — предел прочности |
при |
растяжении; |
ôp — удлинение при разрыве
Рис. 6. Схема сварки двух термо пластичных поверхностей
При сварке соединяемые поверхности должны рас плавиться, при этом молекулы освобождаются от сил межмолекулярного взаимодействия, стекаются вместе на поверхности соприкосновения, диффундируют и перепле таются (рис. 6). После охлаждения обе поверхности остаются гомогенно соединенными.
Влияние теплофизических свойств термопластов на процесс свариваемости
Влияние вязкости расплава. Как указывалось, в нор мальных условиях расплав обладает высокой вязкостью, при его нагревании она уменьшается, т. е. в интервале температур точки плавления расплав еще настолько гу стой, что даже при высоких удельных давлениях (50— 100 кгс/см2) сваривания не происходит. Вначале состоя ние расплава полиэтилена при увеличении температуры мало изменяется, при температуре около 100°С выше точки плавления наблюдается текучесть. У полипропи лена вязкость изменяется при более низкой темпера туре, чем у полиэтилена.
Так как в пределах области плавления с небольшой разницей температур вязкость ре,зко изменяется, следует обращать особое внимание на равномерность подогрева соединяемых поверхностей. Даже небольшая разница температур нагрева свариваемых поверхностей приводит к большому различию в степени вязкости. Две поверх ности с различной степенью вязкости не могут образо вать прочного соединения, так как более вязкий мате риал, деформируясь одновременно с менее вязким, не перемешивается с последним, т. е. менее вязкий слой выдавливается из шва, контактирующиеся же поверх ности с высокой вязкостью не образуют прочного соеди нения.
Влияние теплопроводности. Вследствие низкой тепло проводности пластмасс подводимая теплота отводится
8
Рис. 7. Схема усадки тела вдоль одной оси
от них очень медленно. При слишком быстром нагреве теплота скапливается в относительно тонком слое, при этом вдоль нагреваемой зоны образуется жидкотекучий расплав, что нежелательно, так как приводит к усилен ному расщеплению макромолекул, а следовательно, к охрупчиванию этой зоны после охлаждения.
Для устранения этого недостатка при увеличении скорости и повышении температуры сварки теплоту необходимо подавать на большие площади, т. е. нагре вать околошовные зоны.
Влияние термической усадки. При охлаждении из-за усадки расплава в области шва наступает многоосное напряженное состояние (рис. 7 и 8).
Пока материал находится в пластическом состоянии, в зоне сварки не возникает значительных напряжений. При остывании материала до температур ниже темпе ратуры точки плавления наблюдаются остаточные на-
Рис. 8. Схема распределения остаточных напряжений при сварке листов из полипропилена:
а —в поперечном и |
б—в продольном направлениях; / — контактная и |
2 — прутковая газовая |
сваркам 3 — направление сварки |