Сварка пластмасс ультразвуком

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сварка пластмасс ультразвуком

Условие (111.36) справедливо также и для случая распространения вол» в пластине или в теле конечного объема, если учесть, что коэффициенты Пуассона модели и натуры одинаковы:
...
Важным критерием распределения параметров звукового поля является фактор отражения на границе между свариваемым изделием и опорой. В общем случае он зависит от плотностей граничащих веществ и скоростей звука в них, толщины опоры и утла падения плоской волны на границу раздела. При нормальном падении плоской волны па пограничную поверхность фактор отражения равен:
...
Если сварка производится на одной и той же частоте, т. е. используется одна и та же сварочная головка, то
...
Условием (III.36) нельзя пользоваться при переносе значений амплитуды мещения с натуры на модель. Действительно, из соотношения
...
следует, что для сварки полистирола требуется большая амплитуда, чем для сварки поликарбоната, что неверно, поскольку температура размягчения полимера в первом случае ниже, чем во втором. Это подтверждается данными, приведенными на рис. 111.43. Здесь представлена зависимость времени до начала пластикации от амплитуды смещения, поскольку это время, в противопо-
...
можно пользоваться условием (111.37), если в нем динамический модуль заменить на статический модуль.
...
карбоната использовался волновод диаметром 30 мм, а из полистирола — диаметром 40 мм; диаметры волноводов выбирались так, чтобы было выдержано условие переноса длин (111.36)]:
...
карбоната использовался волновод диаметром 30 мм, а из полистирола — диаметром 40 мм; диаметры волноводов выбирались так, чтобы было выдержано условие переноса длин (111.36)]:
...
/ — распределение на нижнем ребре верхней пластины (штрихами указаны величина и направление амплитуды)- // — поперечная составляющая; Ш —
...
Ввиду того, что значения этих показателей резко отличаются друг от друга, можно предположить, что акустическое сопротивление этих материалов также различно. Поэтому для их соединения используются разные параметры сварки. Сварка полистирола при изготовлении изделий сложной формы изучалась авторами [123]. Эксперименты проводились на деталях, представляющих собой полусферы диаметром 50 мм и толщиной стенки 2 мм. Высота полусферы, равная 25 мм, соответствовала приблизительно Я/4, т. е. условия сварки отвечали соотношениям (111.27). Для возможности проведения механических испытаний в полусферы перед сваркой укладывались металлические шайбы с резьбой. Для сварки использовался точечный волновод с диаметром рабочего торца 15 мм,, обеспечивающий амплитуду смещения 30±2,5 мкм. Усилие прижима составляло 19 Н. Экспериментами установлено, что наилучшей свариваемостью обладает блочный полистирол. Для получения соединений той же прочности из полистирола других марок требуется значительно большее время сварки. Благодаря малому времени сварки при соединении деталей из блочного полистирола в зоне соприкосновения волновода с изделием не остается следов. Наихудшие результаты получены при сварке ударопрочного полистирола, так как он имеет повышенный коэффициент затухания колебаний и меньший модуль упругости.
...
Особое значение при изготовлении изделий .из полистирола имеет однородность пластмассы. Если, например, изделие изготовлено из отходов производства, в которых содержится полистирол .разных марок с различными красителями, то при сварке за счет неоднородности акустических свойств может происходить существенное уменьшение амплитуды смещения по мере распространения колебаний через деталь к границе контакта полимеров. В местах плохого смешивания возможна концентрация ультразвуковых колебаний, приводящая к тепловому разрушению (прожогу) изделия. Смешивание полистирола разных марок (особенно из отходов производства) приводит также к некоторому увеличению времени сварки, а в отдельных случаях — к ухудшению товарного вида изделия. Для достижения лучшего качества сварного соединения в этих случаях приходится переходить от передаточной сварки к контактной, выбирая место подвода ультразвуковых колебаний возможно ближе к плоскости соединяемых поверхностей.
...
"Шри сварке с применением разделки кромок необходимо предусматривать допуски па текучесть размягченного полимера, который выдавливается из зоны шва, образуя грат. Если грат нежелателен, используют специальные конструкции шва, чтобы избежать
...
выплесков пластмассы (см. рис. 111.36). Материал, доведенный до вязкотекучего состояния, должен соединять две стыкуемые поверхности, заполняя зазор в несколько десятых долей миллиметра. Большое значение имеет формирование вязкого материала за пределами шва. Линия наплыва вдоль шва и выход наплыва за пределы шва являются прямым
...
ные детали имели линию наплыва. Однако линия наплыва зачастую ухудшает ънешний вид изделия, поэтому ее следует избегать, особенно на полированных поверхностях. Улучшение внешнего вида достигается ступенчатой конструкцией шва, при этом выступ изготовляют так, чтобы наплыв образовался на внутренней стороне изделия [128—130].
...
Для того, чтобы свариваемые детали не сдвигались относительно друг друга, их фиксируют штифтами (рис. 111.45). Для повышения прочности шва длина штифтов должна быть несколько больше (па 0,03—0,050 мм), чем глубина отверстия. В этом случае соединение не должно быть плотным, так как при плотном соединении уменьшается возможность растекания размягченного полимера {131, 132].
...
Малогабаритные детали несложной формы свариваются за один контакт волновода с изделием, причем волновод устанавливается перпендикулярно к свариваемым поверхностям, по оси симметрии соединения (рис. 111.46). Если деталь сложная и длина сварного шва значительная, то количество точек и место введения ультразвуковых колебаний определяются экспериментально. В зависимости от формы литого изделия для сварки могут быть использованы волноводы с плоской или фигурной рабочей поверхностью. В последнем случае рабочий торец волновода прилегает к поверхности свариваемых деталей, копируя ее форму. Это необходимо в том случае, когда нужно получить герметичный шов. Однако даже для изделия сложной конфигурации следует отдавать предпочтение
...
Изделие, предварительно уложенное в удерживающее приспособление (опору), размещается на столе. Если изделие плохо закреплено, то сварка происходит неравномерно и сопровождается значительной деформацией свариваемых поверхностей. В зависимости от формы изделия для фиксации деталей в процессе сварки могут применяться различные опоры.
...
Использование опор-держателей преследует три цели: 1) предотвратить смещение одной части изделия относительно другой; 2) предотвратить смещение в процессе сварки изделия относительно волновода; 3) предотвратить контакт свариваемых изделий с руками сварщика-оператора. Некоторые конструкции опор-держателей обеспечивают также возможность создания давления на свариваемое изделие, что может повысить качество соединения.
...
Конструкция опор-держателей зависит от формы изделия, подлежащего сварке, и частично от материала, из которого изготовлено изделие. Плоские изделия простой формы, в которых предусмотрена взаимная фиксация свариваемых частей, можно сваривать и без специальных опор-держателей, устанавливая и фиксируя их на сварочном столе под волноводом руками. Однако качество сварки и производительность процесса при этом невысоки. Наиболее распространенный тип опоры-держателя — гпездообразиая опора, показанная на рис. 111.48. Гнезда в опорах такого типа должны точно соответствовать нижней части изделия, укладываемой в опору. Иногда па дно и стенки такой опоры приклеивают резиновые прокладки для выборки возможных зазоров, а также для предотвращения повреждения поверхности изделия при сварке.
...
Для сварки объемных изделий должны использоваться гнездо-образные опоры-держатели сложной формы. Технология изготовления таких опор состоит в следующем. В коробке соответствующего размера устанавливают нижнюю полуформу свариваемого изделия. Затем в коробку заливают эпоксидную смолу с отвердителем до уровня, при котором будет обеспечена необходимая фиксация изде-
...
лия. Для предотвращения прилипания смолы к изделию последнее смазывается машинным маслом. После отверждения смолы полуформа извлекается из коробки и при необходимости производится дополнительная механическая обработка гнезда. Вместо эпоксидной смолы могут использоваться другие самоотверждающиеся материалы. Можно использовать, например, гипс, однако механическая прочность опоры в этом случае будет низкой.
...
Гнездообразные опоры-держатели могут также изготавливаться из целого бруска (текстолита, дерева или металла) путем выборки гнезда с помощью фрезерования. В отдельных случаях гнездо-образные опоры-держатели изготавливают по упрощенной технологии следующим образом. На основании опоры крепится с помощью стоек плита, имеющая вырез, соответствующий контуру изделия. Для фиксации отдельных частей изделия, расположенных в различных плоскостях, на основании опоры закрепляются различные подкладки для выборки зазоров между изделием и основанием опоры.
...
Наиболее высокое качество соединений может быть достигнуто при сварке в гнездообразных опорах-держателях, снабженных до-
...
полнительными прижимными устройствами. Необходимость дополнительных прижимных устройств возникает в тех случаях, когда при сварке изделия в какой-либо одной точке происходит деформация остальной части изделия. Конструкция прижимных устройств может быть различной. Они могут состоять из пружин, рычагов, прижимных реек, клиньев .и т. д. в зависимости от конфигурации свариваемого изделия. На рис. 111.49
...
опора с прижимным устройством, применяемая при сварке цилиндрического изделия. В случае сварки крупногабаритных изделий поджатие деталей одновременно в нескольких точках обеспечивает равномерное прилегание всех сопрягаемых поверхностей и отсутствие деформации нзде'лия при сварке.
...
сварке детален, длительно хранившихся в атмосферных условиях. Сварку необходимо производить сразу же после отливки деталей, при необходимости следует хранить литые детали в темных холодных помещениях. Хранение деталей в атмосферных условиях при наличии солнечной радиации, влаги и т. д. недопустимо.
...
Режимы сварки изделий из полистирола во многом определяются формой и размерами (в частности, толщиной стенки, свариваемых деталей. Амплитуда смещения ра
...
бочего торца волновода может быть равна 20—40 мкм. Если амплитуда смещения волновода слишком велика, то, как правило, происходит размягчение и подплавлеиие материала непосредственно под волноводом или поломка изделия [129, 131].
...
Статическое усилие прижима при использовании точечных волноводов диаметром 15 мм находится в пределах от 20 до 400 Н. Для круглых контейнеров диаметром до 60 мм требуется усилие прижима от 50 до 100 Н. Однако если изделие имеет тонкие стенки давление должно быть доведе
...
Если в точке приложения волновода стенка изделия слишком тонка н прогибается иод давлением, то ультразвуковые колебания не будут передаваться к границе раздела свариваемых кромок. В таких случаях рекомендуется использовать волноводы кольцевой или прямоугольной формы в зависимости от формы изделия. Однако при использовании кольцевого волновода, когда вся рабочая поверхность волновода соприкасается с материалом, очень часто наблюдаются расплавления и прожоги материала в центре изделия. Для предотвращения этого явления используются демпфирующие прокладки.
...
Сварка точечным волноводом с контактом в центре изделия применяется обычно для круглых изделий диаметром до 120 мм. При изменении формы изделий и контактной поверхности можно использовать метод передаточной сварки и для изделий большего размера.
...
При сварке изделии сложной конфигурации с неровной контактной поверхностью (в виде гофр, сеток, решеток или какого-либо рисунка) установка рабочего торца волновода в центре изделия невозможна, поэтому следует использовать наконечники специальной формы. Для сварки изделий сложной формы, когда однокоп-тактиая сварка невозможна, следует использовать метод многоконтактной сварки. Для косметических сосудов и емкостей, состоящих из корпуса и плотно входящей в него крышки, размещение волновода на поверхности изделия зависит от размера поперечного сечения и толщины стенки корпуса п крышки. Поверхности, подлежащие сварке, должны быть увеличены, чтобы исключить проминание и растрескивание изделий при сварке.
...
Передаточная сварка широко применяется при соединении деталей кассет для магнитофонов и кинокамер. Поскольку кассета имеет в центре отверстие, то для сварки используется контурный волновод. При наличии нескольких отверстий или надписей следует использовать многоконтактный метод сварки. Если размеры изделия невелики, то две или три соприкасающиеся поверхности могут быть сварены за один раз, т. с. за один ход волновода. В этом случае используется кольцевой волновод небольшого диаметра.
...
При сварке шаров ультразвуком были использованы две схемы подвода ультразвуковых колебаний: передаточная (сварка точечным волноводом) — см. рис. 111.48,6 — и контактная (сварка контурным волноводом) — см. рис. 111.48, а. При контактной сварке шаров по кольцу использовался волновод трепаноидальной формы. Диаметр рабочей поверхности волновода на 1 мм меньше наибольшего диаметра свариваемого шара, что давало возможность вводить ультразвуковые колебания в непосредственной близости от сварного шва. Недостаток схемы заключался в том, что в месте приложения волновода на изделии оставался след. При передаточ-
...
ной сварке шаров диаметром до 40—50 мм из блочного полистирола использовались следующие режимы: время сварки, 0,6—1 с; сварочное давление 20 Н; амплитуда колебаний 30—32 мкм. Для сварки шаров диаметром 80 мм и выше в МВТУ им. Баумана разработана схема подвода ультразвуковых колебаний с двух сторон (см. рис. 1.4). Преобразователи работают от одного генератора мощностью 400 Вт. При этом используются точечные волноводы с
...
Капролон В является сравнительно новым конструкционным материалом, имеющим высокие прочностные характеристики [133].
...
Тавровые или стыковые соединения стержней из капролона В могут быть получены с помощью передаточной сварки по схеме с
...
Угол скоса кромок У-образного выступа оказывает большое влияние на свариваемость и прочность сварного соединения. Эта обусловлено тем, что от остроты выступа зависит его пластическая реформация под действием статического давления, а, следовательно, и величины /2 и 52 в выражениях (111.21) и (111.23), определяющих критическую и оптимальную длины свариваемых стержней. Острота выступа определяет также концентрацию динамических напряжений в нем, а следовательно, определяет возможность разогрева выступа до температуры вязкотекучего состояния.
...
На рис. 111.51 показано влияние угла скоса кромок на время разогрева материала У-образного выступа до вязкотекучего состояния, которое оценивалось по наступлению необратимой деформации, а также на прочность сварного соединения и величину эф-
...
фективной площади. Под эффективной площадью понимается та часть площади выступа, которая участвовала в образовании сварного соединения за счет оплавления или за счет внедрения выступа в нижнюю деталь. Эти данные относятся к случаю сварки тавровых соединений, имевших следующие размеры: полка—20x15X6
...
Рис. 111.51. Зависимость времени до начала размягчения У-образного выступа (/), прочности (2) и эффективной площади (3)
...
Рис. 111.51. Зависимость времени до начала размягчения У-образного выступа (/), прочности (2) и эффективной площади
...
На рис. 111.52 приведены графики зависимости прочности от амплитуды смещения и статического давления. Экспериментальные точки располагаются довольно близко к прямым. Из анализа данных, приведенных на рис. 111.52, следует, что основное влияние на прочность таврового соединения в рассматриваемом случае оказывает амплитуда смещения рабочего торца волновода.
...
Это можно объяснить следующим. При пропускании ультразвука происходит разогрев не только У-образного выступа, но и зоны, прилегающей непосредственно к волноводу. Если амплитуда смещения мала, то интенсивность разогрева выступа также незначительна. При этом происходит некоторое оплавление и осадка выступа, что приводит к началу схватывания полки и стенки таврового соединения, но наибольший разогрев имеет место в зоне, прилегающей к волноводу. Вследствие этого волновод начинает вдавливаться в стенку таврового соединения, а так как сварка ведется с фиксированной осадкой, это приводит к отключению ультразвука. Прочность сварного соединения получается незначительной. Увеличение амплитуды смещения приводит к более интенсивному и полному разогреву У-образиого выступа без размягчения зоны, прилегающей к волноводу, что способствует повышению прочности.
...
Варьирование статического давления в широком диапазоне — от 4 до 9 МПа практически не приводит к изменению прочности. Поскольку в исследованном диапазоне обеспечивается достаточно хороший акустический контакт, то повышение давления не приводит к увеличению подводимой энергии. Кроме того, как уже отмечалось, при тех значениях статического давления, которые применялись в экспериментах, в У-образном выступе возникали пластические деформации, поэтому релаксационные характеристики выступа, ответственные за величину энергии, выделяющейся вследствие гистерезиспых потерь, были приблизительно одинаковыми как при больших, так и при малых давлениях.
...
Применение разработанной технологии передаточной сварки тавровых и стыковых соединений из капролона становится затруднительным в случаях большой протяженности и сложной конфигурации сварных швов, так как при этом необходимо применять широкозахватные волноводы. При этом весьма рациональным представляется использование заклепочных соединений с применением точечных .или ножевых волноводов. Поиск оптимальных режимов сварки заклепочных соединений проводился по методу Бокса и Уильсона [134, 135].
...
На первой стадии происходит разогрев полимерного стержня заклепки до температуры вязкотекучего состояния, который обусловлен конкуренцией между гистерезисными потерями от циклического деформирования и теплоотводом в окружающую среду. Последним фактором можно пренебречь, так как капролон В имеет
...
небольшой коэффициент теплопроводности. Понижение прочности сварного соединения за счет термического влияния вследствие этого должно быть незначительным. Поэтому предполагалось, что акустические параметры не будут оказывать существенного влияния на прочность соединения, и их значения выбирались из условия обеспечения наибольшей производительности процесса.
...
Так как разогрев стержня заклепки обусловлен только энергией гистере-зисных потерь, которая пропорциональна квадрату амплитуды и частоты, то может существовать большое число сочетаний амплитуд и частот, при которых полимерный материал разогревается до необходимой температуры.
...
Ріис 111.53. Основные узлы к электрическая схема стенда для сварки с фиксированной осадкой, определения статической деформации и времени разогрева полимера до вязкотекучего состояния:
...
Ріис 111.53. Основные узлы к электрическая схема стенда для сварки с фиксированной осадкой, определения статической деформации и времени разогрева полимера до вязкотекучего состояния:
...
щейся к фланцу магпитострикционного преобразователя, расположены: микрометрический винт //, который в цепи с .микропереключателем 6
...
Время разогрева до начала осадки физически не связано с объемом зенковки [108]. Сильнее всего влияет на время разогрева, как и следовало ожидать, амплитуда и давление. Между расчетной и
...
экспериментальной зависимостями времени разогрева от статического давления (см. рис. 111.55 наблюдается достаточно точное совпадение. Изменение статического давления в интервале 41,5—62,5 МПа приводит к почти линейному уменьшению времени разогрева, что объясняется уменьшением температуры вязкотекучего состояния с повышением давления. Дальнейшее увеличение давления приводит к возрастанию времени разогрева, что, по-видимому, может быть объяснено наблюдавшимся в экспериментах рассогласованием акустической системы.
...
Для определения максимальной внешней нагрузки, прикладываемой к группе заклепок, может быть рекомендована методика, подробно изложенная в работе [137].
...
До последнего времени соединение деталей из термопластичных и нетермопластичных полимерных материалов или деталей из термопластов с металлическими деталями осуществлялось посредством склеивания или внедрения металлической детали в предварительно нагретую деталь из термопласта. В некоторых случаях соединение осуществлялось за счет введения металлической детали в деталь из термопласта при помощи сверления или фрезерования последней. Однако такие методы соединения малопроизводительны и часто сопровождаются деформацией и растрескиванием детали из термопласта. Более надежными и производительными являются методы соединения с помощью ультразвука. Эти методы позволяют получить соединения, осуществляемые: 1) посредством ультразвуковой запрессовки металлических деталей в деталь из термопласта; 2) при помощи термопластичных заклепок; 3) при помощи винтов, устанавливаемых в отверстия с резьбой, полученной с помощью ультразвукового формования; 4) сваркой металли-
...
ческих деталей через предварительно нанесенную на них термопластичную прослойку; 5) сваркой металлических деталей и деталей из нетермопластичных материалов через промежуточную термопластичную вставку.
...
При запрессовке металлических деталей [66, 138] в термопласте предварительно сверлят отверстие, которое служит в качестве направляющего. Форма запрессовываемой детали выбирается с учетом того, чтобы после ведущей части, диаметр которой не1 сколько больше диаметра отверстия, высверленного в термопласте,
...
имелась полость для затекания избыточного пластицированного материала. Этим устраняется образование наплывов и заусенцев на поверхности изделия.
...
Перед запрессовкой деталь устанавливают таким образом, чтобы се продольная ось совпадала с осью отверстия. После приложения статического давления включается ультразвук, вследствие чего выделяется тепло в зоне контакта металлической и пластмассовой деталей. По мере размягчения термопласта происходит погружение в него металлической детали под действием статического давления и вытеснение пластицированного материала в полость между стенками деталей. После выключения ультразвука расплавленная масса затвердевает и благодаря усадке, возникающей в процессе охлаждения, металлическая деталь прочно закрепляется в ней (рис. 111.56, а).
...
когда металлическая и пластмассовая деталь прижимаются друг к другу. Под действием ультразвуковых колебаний пластмасса плавится и в нее запрессовывается металлическая деталь. После отключения ультразвука пластмасса затвердевает, в результате чего получается прочное неразъемное соединение. Формование может быть выполнено и термическими методами, но ультразвуковой метод более производителен и обеспечивает более прочное соединение. Это достигается за счет того, что при ультразвуковом методе внедрения легче регулировать процесс расплавления пластмассы, так как выделение тепла локализовано в зоне контакта термопласта с металлической деталью. Термическое внедрение занимает 30—50 с, а ультразвук позволяет получить соединение лучшего качества менее чем за 1 с.
...
Благодаря локальному плавлению основная масса деталей остается достаточно холодной, так что в процессе обработки их можно держать в руках. Для удобства формования детали укладываются в специальные приспособления — кондукторы. Применение их дает возможность автоматизировать процесс ультразвукового формования.
...
При заклепочном соединении металлических деталей с пластмассовыми [66, 138] в первой детали делают отверстие, а во второй— стержень заклепки, выполненный заодно с деталью. Металлическую деталь надевают на этот стержень, а в выступающую из детали часть стержня вводят ультразвуковые колебания. В результате стержень заклепки размягчается и деформируется волноводом. Придавая рабочему торцу волновода различную форму, например делая одно или два полусферических углубления, можно получать замковое герметичное соединение с замыкающей головкой различной конфигурации (рис. 111.56,б). Отличительной особенностью процесса является то, что только один из соединяемых элементов нагревается до температуры плавления, тогда как температура второго элемента остается неизменной. Основными преимуществами соединения являются высокая скорость формообразования замыкающей головки и повышенная прочность заклейки по сравнению с прочностью основного материала; кроме того, пластмасса не налипает на рабочую поверхность волновода, как при расплавлении пластмассового стержня паяльником. На рис. 111.57 показаны некоторые изделия, полученные с помощью заклепочных соединений, и волноводы для формования головки заклепки.
...
движения винта в пластмассу расплавленный полимер обволакивает канавки резьбы и после выключения ультразвука затвердевает, приобретая форму резьбы. Продолжительность запрессовки винтов М4 в отверстия диаметром 3,2 мм составляет около 0,8 с при силе прижима около 150 Н. Изготовленная таким образом резьба выдерживает многократное ввинчивание и вывинчивание металлических винтов.
...
При соединении металлических деталей с помощью промежуточной термопластичной прослойки последняя может наноситься на металлическую поверхность посредством напыления газовыми теплоносителями или в кипящем слое.
...
Разновидностью этого способа является ультразвуковая сварка металлопластов. Изучалась свариваемость металлопласта [139], представляющего собой полосовую сталь толщиной от 0,5 до 1 мм, покрытую с одной или с двух сторон полнвннилхлоридпой пленкой 0,25—0,35 мм. Пленка соединялась с металлом при помощи клея на основе эфиров акриловой кислоты.
...
Новый материал обладает специфическими свойствами, затрудняющими использование известных классических способов сварки. В
...
Сущность способа ультразвуковой сварки заключается в том, что через две пластины металлопласта (поливинилхлорид внутри) пропускают при соответствующем статическом давлении ультразвук, который воздействует на ноливииилхлоридную пленку, образуя сварное соединение. Так как соединения металлопласта с
...
Рис. 111.57. Изделия, полученные при помощи заклепочных соединений
...
помощью ультразвука имеют низкую прочность, рекомендуется использовать этот способ при изготовлении неответственных конструкций, в которых металлопласт служит для защиты от коррозии или как декоративный материал.
...
Способ соединения с помощью термопластичных вставок заключается в том, что вставки типа колец или манжет плотно укрепляются на металлических деталях или деталях из нетермопластичного полимерного материала и соединяются между собой посредством ультразвуковой сварки. Таким способом могут соединяться [140] полусферы или цилиндрические детали из алюминия, гальванизированной стали, стекла, бакелита и т. д. через промежуточные вставки из полиамида, эпона 927 и др.
...
До недавнего времени синтетические ткани соединялись нитками на швейных машинах. Однако такой способ соединения обладает существенными недостатками [141—143]. Так, при ниточном соединении тканей технического назначения, обладающих большой упругостью, неизбежно образование волнистости и гофров, что приводит к неудовлетворительному внешнему виду швов. При этом ткани морщатся и разрушаются, особенно если строчка идет но утку. При больших скоростях сшивания, когда нитка проходит через ушко иголки со скоростью 0,3 м/с, происходит разогрев нити и ткани, обусловленный теплом, выделяющимся при трении [142]. Разогрев может быть настолько значительным, что приводит к оплавлению нити и ее обрыву. Попытки уменьшить разогрев за счет охлаждения иглы струей холодного воздуха и применения различных смазок иглы приводят к усложнению конструкции швейных машин, загрязнению тканей или коррозионному повреждению игл [142, 143]. Зачастую из-за дефицитности синтетических ниток синтетические ткани сшивают хлопчатобумажными нитками, вследствие чего значительно снижается прочность и ухудшается эксплуатационные свойства соединений. Наконец, в случае соединения ряда тканей технического назначения, пропитанных с целью придания им специальных свойств различными составами, а также при изготовлении изделий, где требуется герметичность соединения, например при изготовлении фильтров для жидких и газовых сред, метод сшивания нитками становится вообще неприемлемым.
...
В связи с перечисленными недостатками ниточных соединений все большее распространение получают безниточные способы соединения тканей, такие, как термоконтактиая, высокочастотная и ультразвуковая сварка (рис. 111.58). Наиболее перспективным из этих способов является ультразвуковая сварка [142—145].
...
Исследовалась свариваемость лавсановой, капроновой и полипропиленовой тканей технического назначения [8, 146]. Свойства
...
этих тканей приведены ниже (в числителе даны характеристики материала по основе, в знаменателе — по утку):
...
При одинаковых амплитудах смещения рабочего торца волновода и приблизительно одинаковых резонансных частотах рассматриваемых головок выделяющаяся энергия определяется произведением гак/сх}. Так как при больших давлениях сопротивление акустической нагрузки гаь- увеличивается, то г
...
следует, по-видимому, объяснить более низкой температурой плавления полипропиленового волокна (430—440 К.) по сравнению с температурой плавления лавсанового волокна (528—533 К). Исследования [147] свариваемости 100%-ного капронового трикотажа (арт. 381) показали, что и в этом случае оптимальная амплитуда смещения составляет 40 мкм.
...
Различие в производительности сварки синтетических тканей при работе от металлического и ферритового магиитострикционных преобразователей, как отмечалось, связано с тем, что с увеличением статического давления возрастает сопротивление акустической нагрузки гак, которое ввиду малого сопротивления собственных потерь ферритовых преобразователей начинает сказываться на режиме работы. В работе [116] определялась величина гак при сварке капроновой и лавсановой тканей и сравнивалась работа головок с ферритовыми и никелевым преобразователями. Сравниваемые головки имели приблизительно одинаковые габариты и резонансную частоту. Ниже приведены результаты измерений резонансной частоты /о, напряжения с/, тока в обмотке /, потребляемой электрической мощности амплитуды смещения рабочего торца волновода А, добротности С},
...
ные по ним коэффициенты полезного действия — электромеханический г)эм, механоакустическнй т)>га и электроакустический
...
из материала, обладающего большими гистерезисными потерями, например из стали, то при длительной работе происходит его разогрев, и геилоотвод из зоны сварки ухудшается. Так как продолжительность воздействия ультразвуком на материал остается постоянной, то ухудшение теплоотвода приводит к чрезмерному плавлению и передавливанию зоны сварного шва, вследствие чего прочность сварного соединения уменьшается.
...
Во-вторых, при расчете геометрических размеров волновода из условия резонанса по формулам, приведенным на стр. 174, не учитываются потери энергии в материале волновода. Поэтому волноводы, имеющие одинаковые отношения 5цХ/«5вых,
...
Для изучения влияния на прочность сварного соединения из лавсановой ткани использовались [148] экспоненциальные ножевые волноводы, изготовленные из стали 45 и алюминиевого сплава Д16Т. Оба волновода имели одинаковый коэффициент усиления, а длина их соответствовала резонансу на одной и той же частоте, равной 19,5 кГц. Однако амплитуда смещения волновода из Д16Т, имеющего меньшие потери, составляла 30 мкм, в то время как амплитуда смещения волновода из стали 45 была равна 25 мкм. Результаты испытания при раздире образцов, сваренных этими волноводами, приведены ниже:
...
Из этих данных следует, что максимум прочности образцов при сварке стальным волноводом соответствует гораздо большему времени сварки, чем при сварке волноводом из Д16Т. Так, максимальная прочность при сварке волноводом из Д16Т, равная 7 кН/м, достигается за время 0,4 с, тогда как при сварке вол ново дом из стали 45 для получения максимальной прочности, равной 6,6 кН/м, требуется 0,7 с. Очевидно, это связано с меньшей амплитудой смещения рабочего торца стального волновода. Некоторое понижение прочности объясняется также разогревом стального волновода. Позднее такие же выводы были получены и при сварке капроновых и полипропиленовых тканей. Было показано [8], что прочность сварных соединений, выполненных на стальной и алюминиевой опорах, почти одинакова, в то время как при сварке на опорах из дерева и стекла прочность меньше приблизительно на 40% в случае лавсановой и капроновой тканей и практически равна нулю для полипропиленовой ткани. При этом отмечалось, что сварные швы сильно расплавлялись со стороны опоры (терялась
...
эластичность и значительно увеличивалась жесткость). Очевидно, эти явления обусловлены низкой теплопроводностью дерева и стекла и, следовательно, слабым теплоотводом из зоны сварки.
...
В зависимости от назначения синтетических тканей применяют различные конструкции швов. Наиболее распространены стачные (рис. 111,61,
...
5,2 кН/м, а третьего — 3 кН/м. Возрастание времени сварки до 0,5 с приводит к понижению прочности первого слоя и повышению прочности второго слоя, так что они достигают одного значения, равного 6,2 кН/м. При продолжительности сварки 0,6 с максимальную прочность, равную 6,2 кН/м, имеет второй слой, тогда как первый и третий слои имеют одинаковую прочность, равную 4,2 кН/м. Наконец, при времени сварки 0,7 с происходит почти полное пере-давливание первого слоя, так что его прочность падает до 3 кП/м, прочность третьего слоя достигает максимального значения, равного 4,8 кН/м, а прочность второго слоя уменьшается до 6 кН/м. Аналогичная картина наблюдается и при сварке четырех слоев этой ткани.
...
Значительное влияние на прочность сварных соединений тканей оказывает наличие в них нетермопластичных составляющих, например хлопка, а также специальных покрытий. Проводилось сравнение [148] свариваемости лавсановой ткани (арт. 21705/1) толщиной 230 мкм и ткани (арт. 9225) толщиной 260 мкм, состоящей из 33% хлопка и 67% лавсана. Испытания на сдвиг проводились на накладных сварных швах. Добавление хлопка привело к возрастанию времени сварки с 0,2 с (для чистой лавсановой ткани) до 0,6 с, причем максимальная прочность понизилась с 5,6 до 4 кН/м. Было показано, что для повышения прочности сварных соединений тканей с добавками хлопка следует увеличивать их толщину. Так„ при сварке ткани (арт. 1309), состоящей из 35% хлопка и 65% лавсана, т. е. близкой по составу к ткани арт. 9225, но имеющей толщину 480 мкм, максимальная прочность, равная 5,2 кН/м, достигалась за время 0,8 с. Интересно, что падение прочности после достижения максимума с увеличением времени сварки тканей с хлопком происходит менее резко, чем при сварке чистой лавсановой ткани. Это, вероятно, можно объяснить тем, что хлопковые нити препятствуют полному ироплавлению и продавливанню термопластичной составляющей ткани.
...
К тканям, имеющим на поверхности водоотталкивающие покрытия, относятся капроновые ткани типа «болонья» (арт. Н-95, Н-96, И-164 и т. д.), отличающиеся друг от друга различной толщиной и переплетением нитей в полотне. Сравнение свариваемости ткани арт. Н-96 толщиной 130 мкм и капроновой ткани арт. 24612 толщиной 150 мкм без покрытия показало, что время сварки увеличивается с 0,25 с для ткани без покрытия до 0,5 с для ткани с покрытием. Прочность при этом падает с 6 до 4,5 кН/м. Это, очевидно, объясняется тем, что покрытие ткани препятствует удовлетворительному протеканию процесса перемешивания макрообъемов размягченного полимера и диффузии микрообъемов.
...
В результате изучения эксплуатационных свойств сварных соединений синтетических тканей [150] было установлено, что поведение их при длительном воздействии света, влажности, повышенных и пониженных температур идентично поведению в этих условиях сварных соединений пластмасс Выдержка в течение
...
12 месяцев накладных сварных соединений ткани арт. Н-96 на свету привела к снижению прочности на 23%, в то время как выдержка в темном помещении не вызвала заметного уменьшения прочности. У таких же образцов, пролежавших в воде в течение 15 дней, прочность также не изменилась, хотя прочность образцов, соединяемых ниточными швами, понизилась на 20%. Выдержка образцов из лавсановой (арт. 21710/3) и капроновой (арт. 22059) тканей, сваренных накладными и стачными швами, при температуре 353 К в течение 10 ч привела к падению прочности в среднем на 20—30%. Прочность тех и других швов уменьшалась линейно. Выдержка этих образцов при пониженных температурах (до —258 К) не вызвала заметного падения прочности. Интересно отметить, что кратковременная прочность этих образцов практически не изменялась до 353 К и только после этой температуры наблюдалось интенсивное ее падение.
...
Анализируя приведенные данные, можно видеть, что режимы сварки изученных капроновых, лавсановых и полипропиленовых тканей довольно близки друг к другу при одинаковых толщине материалов, схеме сварки и сварочной головке. Обобщенные данные, которые могут служить в качестве ориентировочной рекомендации по сварке этих тканей, приведены в табл. III.1. Меньшие значения основных параметров режима сварки и ориентировочные значения прочности сварных соединений, приведенные в табл. III.и
...
Из данных, приведенных в таблице, следует, что при сварке тонких тканей достигается незначительная прочность сварных соединений. Однако во многих случаях, например в изделиях швейной промышленности, большая прочность соединений и не требуется.
...
Условия надежной работы швов при действии многократных растягивающих нагрузок в этом случае будут соблюдены [145], если внешняя нагрузка не будет превышать предела выносливости. Так как циклические усилия в процессе носки изделия незначительны и составляют 10—15% от разрывных, равных 1,6— 0,8 кН/м, то достаточным условием прочности (с трехкратным запасом) будет условие (3
...
а III. 1. Основные рекомендации по сварке капроновой, лавсановой и полипропиленовой тканей
...
в десять раз. Эти данные относятся к меланжевым тканям толщиной от 20 до 200 мкм из полиэфирного, полипропиленового и полиамидного волокон в сочетании с шерстью, хлопком и искусственным шелком, при содержании синтетического волокна не менее 50%.
...
Более подробное исследование прессовой ультразвуковой сварки с гарантированным зазором с целью обметки петель па трикотажных изделиях проведено в работе [147]. Режимы сварки, рекомендуемые в этой работе, приведены в табл. II 1.2.
...
в десять раз. Эти данные относятся к меланжевым тканям толщиной от 20 до 200 мкм из полиэфирного, полипропиленового и полиамидного волокон в сочетании с шерстью, хлопком и искусственным шелком, при содержании синтетического волокна не менее 50%.
...
Более подробное исследование прессовой ультразвуковой сварки с гарантированным зазором с целью обметки нетель на трикотажных изделиях проведено в работе [147]. Режимы сварки, рекомендуемые в этой работе, приведены в табл. 111.2.
...
•сеток, определенные при температуре 294 К и влажности воздуха 66%, приведены ниже (числитель — характеристики материала по основе, знаменатель — по утку):
...
Для поиска оптимальных режимов использовался метод Бокса и Уильсона [134, 135]. Эксперименты проводились на ультразвуковой установке УП-20 с использованием магнитострикционного преобразователя мощностью 1,5 кВт и с резонансной частотой 19,5 кГц. Сварка производилась экспоненциальными ножевыми волноводами, обеспечивающими необходимую амплитуду смещения. За параметр оптимизации было принято усилие при расслаивании образцов, сваренных из двух полосок шириной 20 мм и длиной рабочей части по 40 мм.
...
Исследовалась [152] свариваемость тканей из чистых натуральных целлюлозных волокон: бязь (арт. 200), миткаль (арт. 303), сатин (арт. 520), сорочечная ткань (арт. 82004). Сварка проводилась через промежуточную полиэтиленовую пленку, толщина которой изменялась от 60 до 350 мкм. Для сварки использовался магнито-стрикционный преобразователь ПМС-6 и экспоненциальный ножевой волновод с коэффициентом усиления /Су=4 и площадью рабочего торца 66X4 мм2.
...
При сварке перечисленных тканей через промежуточные пленки толщиной от 130 до 350 мкм оптимальная амплитуда смещения во всех случаях составляла 16—20 мкм, а статическое давление —
...
Увеличение толщины промежуточной пленки приводит, как правило, к возрастанию времени сварки. Для сорочечной ткани оптимальная толщина пленки равна 6 = 350 мкм при времени сварки /гв = 3 с; для бязи 6 = 350 мкм при /вв=5 с; для миткаля
...
До настоящего времени сварка применялась для соединения сплошных изделий из полимерных материалов, таких, как трубы, листы, пленки, синтетические ткани и сетки.
...
За последнее десятилетие исключительно большое значение приобрели изделия из химических волокон, в частности нетканые полотна. Сущность технологических процессов изготовления нетканых полотен заключается в получении волокнистых холстов и создании между волокнами достаточно прочных связей [153—155].
...
Авторами совместно с А. А. Раухвергером [156, 157] предложен новый способ изготовления нетканых полотен, согласно которому волокна холста, ориентированные случайно, скрепляются посредством ультразвуковой сварки. При этом холст может состоять из термопластичных волокон (полипропилена, капрона, лавсана, хлорина и др.) или из смеси их с хлопком, вискозой, шерстью и другими иетермопластичными волокнами. Ниже приводятся некоторые результаты исследований технологии изготовления нетканых полотен ультразвуковым способом.
...
Из всего многообразия карбо- и гетероцепных волокон для исследования было выбрано по одному типу волокон каждого класса: полипропиленовые и полиэтилентсрефталатпые волокна. Такой выбор обусловлен исключительными свойствами этих волокон, в частности гидрофобностью, делающей их незаменимыми для изготовления волокнистых фильтров, работающих во влажной среде.
...
Поскольку волокнистые холсты характеризуются большим коэффициентом затухания, то их скрепление может производиться по
...

Оборудование для контактной сварки постоянным током
Справочник конструктора металлических конструкций
Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности
Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварка пластмасс ультразвуком