Меню

Сварка пластмасс токами высокой частот



Технология и параметры режима сварки пластмасс током высокой частоты

Сварку ТВЧ лучше всего использовать тогда, когда важно добиться высокой скорости и равномерности нагрева, быстрого охлаждения материала шва, а также точного дозирования количества тепла по длине шва. Такие требования обычно предъявляются к сварке больших партий изделий из пластифицированного и непластифицированного поливинилхлорида, многослойных полиамидных и фторсодержащих пленок.

Особенно широко используется сварка ТВЧ для изготовления упаковки из полимерных пленок. При этом процесс сварки упаковочных чехлов и собственно упаковка и герметизация изделия или продукта могут быть разделены или выполняться одновременно (упаковка медикаментов, инструмента и др. изделий). Сварка, как правило, производится с одновременным обрезанием лишнего материала.

Из непластифицированных термопластичных материалов, сварка ТВЧ которых наиболее целесообразна, следует назвать винипласты, изготавливаемые на основе поливинилхлоридной смолы, и полиамиды марок П-68, П-6, П-8, П-10 и др.

Высокочастотная сварка этих материалов может применяться при изготовлении стойких против коррозии трубопроводов для газов и жидкостей, герметичных сосудов для химических реактивов, аккумуляторных батарей и т.д. Основными параметрами режима сварки ТВЧ являются:

  • частота тока;
  • напряженность электрического поля;
  • время сварки (продолжительность нагрева);
  • сварочное давление.

К дополнительным параметрам режима сварки ТВЧ относятся:

  • размеры, форма и материал электродов;
  • материал и размеры прокладок;

Все перечисленные основные и дополнительные параметры находятся в тесной взаимосвязи друг с другом.

Частота тока при сварке ТВЧ является параметром, с помощью которого можно регулировать удельную тепловую мощность (мощность, рассеиваемую в виде тепла в единице объема диэлектрика). При постоянных факторе потерь и напряженности электрического поля удельная тепловая мощность прямо пропорциональна частоте тока. Следовательно, для повышения произво-дительности процесса сварки за счет роста скорости нагрева следует увеличивать частоту тока.

Однако увеличение частоты тока не может проводиться без учета длины сварочных электродов, что обусловлено волновыми процессами. Дело в том, что при подключении пластин конденсатора – электродов – к генератору в нагреваемом материале возникает электромагнитная волна. Дойдя до противоположного края, волна отражается от боковой грани электрода. Возникшая волна встречает отраженную волну. В результате многократного отражения волн устанавливается режим так называемой стоячей волны, при котором в любой момент времени в материале как бы существуют две электромагнитные волны, движущиеся в противоположных направлениях. Суммарная стоячая волна имеет пучности и узлы, т.е. напряженность электрического поля распределена неравномерно. Это вызывает неравномерность тепловыделения по длине электродов.

Для достижения равномерности распределения напряженности электрического поля необходимо длину электродов выбирать значительно меньше длины электромагнитной волны. Чтобы неравномерность электрического поля не превышала 5%, следует назначать длину электрода не больше (0,04-0,05) длины волны. Поэтому увеличение частоты тока приводит к необходимости уменьшения длины электродов.

Диапазон частот, при котором можно осуществлять быстрый нагрев термопластов при сварке ТВЧ, составляет 30-160 МГц.

Увеличение напряженности элект рическо го поля приводит к росту удельной мощности, генерируемой внутри термопласта, находящегося в высокочастотном поле. Причем удельная мощность пропорциональна квадрату напряженности электрического поля.

Однако увеличение напряженности электрического поля ограничено возможностью электрического пробоя слоев пластмассы, находящихся между электродами сварочной машины. Каждый диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свои изоляционные свойства, когда напряженность поля превышает некоторое критическое значение, называемое пробивной напряженностью.

На пробивную напряженность помимо материала диэлектрика оказывает влияние ряд других факторов: форма электрического поля, наличие воздушных зазоров, частота тока, состояние поверхности диэлектрика, давление и температура воздушной среды, наличие в воздушном зазоре примесей. Поэтому значение допустимой напряженности при сварке ТВЧ рекомендуется принимать в 1,5-2 раза меньшим, чем значение пробивного напряжения.

Обычно оптимальное значение напряженности электрического поля подбирается экспериментально. При этом следует пользоваться следующими практическими рекомендациями по выбору напряженности: для сварки поливинилхлорида 800-2000 В/мм, линолеума 250-350 В/мм, полиамидов 600-650 В/мм, пенополистирола 50 В/мм.

Давлени е при сварке ТВЧ, как и при других видах сварки, служит для создания физического контакта свариваемых поверхностей, обеспечения вытекания расплава в зоне сварки и более полного протекания диффузионных процессов. Оптимальные значения давления составляют для пластифицированного поливинилхлорида 0,7-2 МПа, линолеума 0,05-0,15 МПа, полиамидов 1,5-2,0 МПа, винипласта 2-5 МПа.

Рис.5.11. Схема образования «сварочной гусеницы» и предупреждения её за счет боковых губок: а – нормальные электроды; б – электроды с боковыми губками; 1– свариваемые пленки; 2 – «сварочная гусеница»; 3 – электроды; 4 – боковые губки

Применением верхних пределов давления можно сократить время сварки и уменьшить мощность нагрева. Однако при этом может наблюдаться значительное утонение сварного шва (от 20 до 40% от исходной толщины) и образо- вание «сварочной гусеницы» (рис.5.11, а) за счет выдавливания расплава за зону сварки. Утонение шва приводит к понижению прочности сварного соединения. Во избежание этого рекомендуется устанавливать на сварочных машинах ограничители хода электродов. Образование «сварочной гусеницы» способствует повышению жесткости сварного соединения, что также снижает его прочность. Иногда, чтобы повысить эластичность сварного шва, ограничивают вытекание расплава, что препятствует образованию «сварочной гусеницы». Это достигается применением электродов с боковыми губками (рис.5.11, б). Губки изготавливают, например, из фторопласта. Однако этот прием, хотя и приводит к уменьшению размеров «сварочной гусеницы», все же не позволяет получить более прочные швы, чем при сварке узким электродом. Это объясняется тем, что стеснение выдавливания расплава ухудшает условия протекания диффузионных процессов.

Время сварки определяется временем нагрева границы раздела свариваемых поверхностей до температур сварки. Между временем сварки, удельной мощностью, толщиной материалов и максимальной площадью сварки существует тесная связь. Так, например, при сварке пленок из винипласта толщиной около 100 мкм удельная мощность составляет 1,6 — 1,2 Вт/мм 2 при изменении времени сварки от 0,1 до 5 с. Но уже при сварке листов толщиной 0,5-1,0 мм она падает при тех же временах сварки до 1,0-0,2 Вт/мм 2 . Дальнейшее увеличение толщины снова приводит к возрастанию удельной мощности – тем более резкому, чем меньше время сварки. Это объясняется тем, что при сварке тонких пленок большая часть тепла, рассеиваемая в материале, теряется за счет теплоотвода в электроды. Для компенсации этих потерь и сохранения требуемой производительности процесса приходится увеличивать удельную мощность. Для повышения интенсивности нагрева и, следовательно, уменьшения времени сварки за счет уменьшения теплоотвода в электроды используют следующие приемы.

  1. При прессовой сварке детали укладываются между нагретыми с помощью электронагревателя электродами. Подогрев приводит к выравниванию распределения температуры по толщине свариваемых деталей и некоторому увеличению фактора диэлектрических потерь, что также способствует сокращению времени сварки.
  2. При сварке тонких пленочных материалов применяют прокладки итермоизоляционного термореактивного материала с меньшей теплопроводностью (например, из электротехнического картона), уменьшающие тепловые потери в электроды. Использование прокладок позволяет также, не опасаясь электрического пробоя, повысить напряженность электрического поля и тем самым еще больше сократить время сварки. Прокладки следует устанавливать со стороны обоих электродов.

Оптимальное время сварки в значительной мере зависит от физической природы свариваемых материалов. Так, сварка пластифицированного поливинилхлорида происходит за десятые доли секунды, а полиамидов – за 10-15 с. Во всех случаях не следует сокращать время сварки до минимума, так как при этом могут не успеть завершиться диффузионные процессы в зоне контакта свариваемых деталей.

На потери электрической мощности большое влияние оказывает неравномерность электрического поля по ширине электродов. На рис.5.12, а видно, что частично силовые линии поля замыкаются вне зоны сварки. Т.е. часть энергии тратится на ненужный нагрев околошовной зоны. В связи с этим увеличивается время сварки или повышается минимальная мощность, необходимая для сварки.

Для уменьшения поля рассеяния рекомендуется верхний и нижний электроды выполнять одинаковых размеров (рис.5.12, б). При сварке пленок из пластифицированного ПВХ ширину электродов следует назначать равной двойной толщине свариваемого пакета, но не менее 0,8 мм. Из-за возможного перегрева материала в местах, контактирующих с углами электродов, кромки электродов необходимо округлять радиусом, равным 1/8 ширины электрода.

Читайте также:  Что такое сопротивление протеканию тока

Рис.5.12. Влияние формы электродов на поле рассеяния: а – электроды различной ширины; б – электроды одинаковой ширины; 1 – электроды; 2 – свариваемый материал

Иногда увеличение производительности может быть достигнуто снижением начальной температуры размягчения термопласта. Так, при сварке полиамидов с этой целью иногда свариваемые поверхности покрывают трикрезолом, а при сварке изделий из винипласта – дибутилфталатом. Эти приемы позволяют также повысить эластичность сварного шва.

При сварке материалов с низким значением фактора диэлектрических потерь часто используют прием, заключающийся во введении в зону сварки мате9риала с высоким значением этого фактора. В этом случае разогрев зоны сварки обеспечивается нагревом материала с высоким фактором диэлектрических потерь вследствие рассеивания в нем энергии электрического поля и последующей передачи генерированного тепла свариваемому материалу. Такую сварку иногда называют контактно -диэлектрической.

Введение в зону сварки материалов с высоким фактором диэлектрических потерь может осуществляться за счет покрытия этими материалами (например, поливинилхлоридом или прессшпаном) сварочных электродов, закладных деталей, остающихся в сварном шве, либо прокладок, располагаемых между свариваемыми деталями.

По механизму контактно-диэлектрической сварки протекает и высокочастотная сварка металлонаполненных пластмасс. Тепло для сварки в этом случае создается за счет вихревых токов, возбуждаемых в металлических частицах.

Источник

Сварка пластмасс токами высокой частоты

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Схемы процесса

Сварка термопластов ТВЧ основана на нагреве в результате преобразования электрической энергии в тепловую непосредственно внутри самого материала.

Сущность процесса сварки ТВЧ заключается в следующем. Свариваемое изделие помещают в переменное электрическое поле высокой частоты. Поскольку пластмассы являются несовершенными диэлектриками, элементарные заряды при внесении диэлектрика в высокочастотное поле несколько смещаются, небольшое количество имеющихся в диэлектрике свободных зарядов образует ток проводимости. На смещение заряженных частиц затрачивается работа, которая превращается в тепло благодаря наличию молекулярного трения между материальными частицами. Каждое изменение направления электрического поля влечет за собой выделение некоторого количества тепла.

Для сварки пластмасс применяются токи высокой частоты в пределах 30—40 МГц. Высокочастотная сварка осуществляется между двумя металлическими электродами-обкладками конденсатора, включенными в колебательный контур генератора электрических колебаний.

Нагреваться в поле ТВЧ могут не все типы пластмасс, а только так называемые полярные. К полярным относится поливинилхлорид, винипласт, полиамид; к неполярным — полиэтилен, полистирол, полиизобутилен и фторопласт-4.

При сварке ТВЧ обкладками конденсатора являются электроды сварочной установки. Сварка может осуществляться по прессовой и роликовой схемам (рис. 29.9).

Прессовая сварка

При прессовой сварке (рис. 29.9, а) соединение получают за один рабочий цикл. Конфигурация сварных швов соответствует конфигурации электродов. Сварной шов укладывается одновременно по всему контуру, т. е. все участки шва свариваются на одном и том же режиме, нагрев происходит равномерно, что обеспечивает высокое качество сварного соединения. Электроды при прессовой сварке служат не только для подвода энергии к зоне соединения, но и для создания сварочного давления на эту зону и регулирования теплоотвода от нее. Прессовая сварка ТВЧ позволяет получать соединения внахлестку, встык, втавр, на ус и с отбортовкой кромок.

Разновидностью прессовой сварки является шовно-шаговая сварка. В этом случае материалы свариваются участками с определенным шагом или с перекрытием для получения строчки или непрерывного шва. Подача материалов на шаг осуществляется в момент подъема электродов. При сварке синтетических тканей и пленок для этого используют машины типа швейных, оборудованных точечными электродами и механизмом шаговой подачи материалов на 1—2 мм.

Роликовая сварка

Роликовая сварка (рис. 29.9,б) используется для получения непрерывных протяженных швов. Электродами при этом служат ролики или диски, вращающиеся в противоположном направлении. Один электрод-ролик соединяется с высокопотенциальным выводом генератора ТВЧ, а другой заземлен. Роликовая сварка обладает следующими недостатками, затрудняющими ее использование. Во-первых, при большой скорости сварки сварной шов не успевает охладиться под давлением и выходит из-под электродов-роликов в нагретом состоянии. Это приводит к значительным деформациям шва, особенно при больших толщинах свариваемого материала. Во-вторых, электрическая емкость между роликами мала, что также не позволяет достичь больших скоростей сварки. Указанные недостатки обусловливают целесообразность применения роликовой сварки ТВЧ только для соединения тонких пленок, так как с повышением толщины скорость сварки значительно снижается. Так, при толщине пленки 100 мкм оптимальная скорость сварки составляет 6 м/мин, а при толщине 200 мкм — 2 м/мин. При большой толщине скорость сварки ТВЧ снижается настолько, что применение ее становится экономически нецелесообразно.

Оборудование

Для целей сварки пластмасс принята серия сварочных установок, питаемых от ламповых генераторов следующих мощностей: 1,6; 4,0; 6,0; 10 кВт, которые работают исключительно на частоте 27,12 МГц±1 %.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются высокочастотные сварочные установки ВЧДЗ-1,6/27, ВЧД6-4/27, ВЧД10-4/27, ВЧД6-10/27 Таганрогским заводом электротермического оборудования.

Источник

Сварка пластмасс в электрическом поле высокой частоты

24 Сентября 2019

ТВЧ-сварка ( сварка током высоких частот) пластмасс осуществляется за счет разогрева материала после поглощения им энергии образующегося электрического поля.

Профессиональные ТВЧ станки обеспечивают локальный быстрый нагрев соединяемых поверхностей, при этом нет проплавления всей поверхности и объёма материала. За счёт этого сварка ТВЧ может использоваться для соединения материалов, имеющих узкий температурный интервал вязко-текучего состояния, а также высокую вязкость расплава.

При сварке материал располагается между металлическими электродами, и при подключении данной системы к источнику электроэнергии высоких частот образуется конденсатор. Материал-диэлектрик под воздействием электрического поля поляризуется. При переменном электрическом поле в материале образуется переменная поляризация, которая сопровождается смещением заряженных частиц, входящих в атомы и молекулы. Большая часть реальных диэлектриков ( включая термопласты), помещаемых в переменное поле, имеет определённую проводимость.

Причиной для нагревания полимеров в электрополе высокой частоты являются особые звенья в их молекулах, которые имеют дипольное строение и могут при наложении внешнего поля поляризоваться. Микродиполи при попадании полимеров в переменное электрическое поле будут ориентироваться по направлению электрического поля: отрицательные заряды будут тянуться к положительно заряженной пластине конденсатора, положительно заряженные — к отрицательной пластине, а при смене на обкладках конденсатора знака заряда ориентация участков молекул будет меняться. Препятствовать этой смене ориентации будут соседние молекулы и соседние звенья этой же молекулы. Энергия, которая будет тратиться на преодоление этих препятствий, превращается в тепловую. Вязкость полимера при нагреве уменьшается и улучшаются условия ориентации.

Диполи диэлектрика при малых частотах изменения электрического поля ориентируются без запаздывания, а при возрастании частоты поля скорость поворота диполей увеличивается, соответственно, увеличивается трение частиц. Поляризация при очень большой частоте ослабевает, поскольку частицы не успевают сделать полную ориентацию.

По результатам исследований, процесс теплообразования в высокочастотном электрическом поле определяется параметрами поля, то есть напряжённостью и частотой, и диэлектрическими свойствами полимера. От теплопроводимости материала cкорость нагрева материала не зависит, поскольку теплопроводность определяет только потери теплоты в массу электродов и околошовную зону. Соответственно, максимальная температура при сварке обычно сосредоточена именно на контакте деталей, минимальная сосредотачивается на границе электродов и изделия. Подобное рациональное распределение температуры является неоспоримым преимуществом ТВЧ-сварки, поскольку не происходит наружного перегрева вещества. Скорость нагрева увеличивают изменением частоты и напряженности электрополя, однако увеличение напряженности ограничено определённым пределом – если он превышен, происходит электрический пробой находящегося между электродами свариваемого материала. Это становится причиной брака во шве и нарушает режим работы генератора высоких частот.

Читайте также:  Рисунок генератора переменного тока карандашом

Частота электрополя также ограничена габаритами конденсатора – если нарушены определённые соотношения, пластмассы могут нагреваться неравномерно.

Способы сварки токами высокой частоты

Существует три технологии ТВЧ-сварки: шовная, точечная и прессовая. Выбор сварочной технологий в большинстве случаев определяется особенностями конструкции изделий.

Прессовый метод ТВЧ-сварки

Прессовый метод ( рис. 1, а) заключается в следующем: свариваемые детали изделия помещаются между обкладками рабочего конденсатора, то есть электродами. Один или оба электрода повторяют конфигурацию шва. Можно задать любую форму шва, так как электроды сменные.

statya.jpg

Рис. 1 Сварка пластмасс в высокочастотном электрическом поле:
1-электроды, 2-свариваемые детали изделия, 3-генератор, 4-диски

Одновременно с подачей напряжения на электроды от генератора подается соответствующее давление на свариваемые детали. Место сварки одновременно и равномерно нагревается по всей длине, это обеспечивает не только высокое качество, но и надёжность и стабильность механических свойств полученного сварного шва. Прессовая технология ТВЧ-сварки ограничена в использовании – толщина соединяемых деталей не должна превышать 5 мм.

Прессовая сварка – это наиболее распространённый и универсальный метод ТВЧ-сварки пластмасс. Эта технология используется для сварки деталей, декоративной отделки, клеймения изделий, нанесения аппликаций.

Шовный метод ТВЧ-сварки

Шовный метод ( рис. 1, б) заключается в следующем: два диска, которые вращаются в противоположные стороны, создают одновременно с нагревом давление на свариваемые детали. Несмотря на кажущуюся простоту, шовная технология имеет один достаточно серьезный недостаток — для того, чтобы обеспечить высокую производительность при небольшой площади сварки, необходимо требуется повышать частоту тока и напряжение, удельную мощность. А эти показатели, как сказано выше, ограничены, соответственно, производительность сравнительно невелика. В связи с этим на производстве шовный метод используется достаточно редко, в основном для сварки тонких пленок.

Точечный метод ТВЧ-сварки

Точечный метод ( рис. 1, б) представляет собой разновидность шовной технологии и отличается от неё видом шва: шов по длине получается не сплошным, а прерывистым, то есть отдельными точками. Данная технология ТВЧ-сварка используется преимущественно для прихватки изделий, собранных под шовную либо прессовую сварку.

В высокочастотном электрополе также сваривают поперечные стыки труб, но сделать разогрев равномерным по всему периметру стыка достаточно сложно, поэтому для сварки стыков труб применяются кольцевые неразъёмные либо разъёмные электроды. Особенно значимый параметр сварки в данном случае – это расстояние от электрода до стыка. При уменьшении расстояния возрастает напряженность поля в стыке, поэтому его выбору нужно уделять особое внимание.

Основные технологические параметры ТВЧ-сварки:

  1. величина давления;
  2. напряжённость электрического поля;
  3. продолжительность нагрева

В основном большинство полимерных материалов хорошо нагревается при частотах в пределах 10 — 150 МГц. Для обеспечения стабильности работы оборудования и отсутствия целесообразнее устанавливать верхний предел частот, хотя максимальное КПД генератора обеспечивается на нижнем пределе. Частота электрополя нормирована и зависит от полос частот, которые разрешены для применения в технических целях. Чтобы не создавать помехи телевидению, радиовещанию и остальным службам РФ, для ТВЧ-сварки разрешены частоты 27, 12; 81, 36; 40, 62; 152 МГц.

Стоит отметить, что такие широко используемые термопласты, как фторопласт-4, полистирол полиэтилен и некоторые другие, к сожалению, непосредственно сваркой ТВЧ не соединяются, потому что относятся к наиболее совершенным диэлектрикам, соответственно, не могут генерировать достаточное количество тепла, необходимого для сварки.

Источник

Индукционные системы нагрева при сварочных работах

Сварка пластмасс в электрическом поле высокой частоты

ТВЧ-сварка (сварка током высоких частот) пластмасс осуществляется за счет разогрева материала после поглощения им энергии образующегося электрического поля.

Профессиональные ТВЧ станки обеспечивают локальный быстрый нагрев соединяемых поверхностей, при этом нет проплавления всей поверхности и объёма материала. За счёт этого сварка ТВЧ может использоваться для соединения материалов, имеющих узкий температурный интервал вязко-текучего состояния, а также высокую вязкость расплава.

При сварке материал располагается между металлическими электродами, и при подключении данной системы к источнику электроэнергии высоких частот образуется конденсатор. Материал-диэлектрик под воздействием электрического поля поляризуется. При переменном электрическом поле в материале образуется переменная поляризация, которая сопровождается смещением заряженных частиц, входящих в атомы и молекулы. Большая часть реальных диэлектриков (включая термопласты), помещаемых в переменное поле, имеет определённую проводимость.

Причиной для нагревания полимеров в электрополе высокой частоты являются особые звенья в их молекулах, которые имеют дипольное строение и могут при наложении внешнего поля поляризоваться. Микродиполи при попадании полимеров в переменное электрическое поле будут ориентироваться по направлению электрического поля: отрицательные заряды будут тянуться к положительно заряженной пластине конденсатора, положительно заряженные — к отрицательной пластине, а при смене на обкладках конденсатора знака заряда ориентация участков молекул будет меняться. Препятствовать этой смене ориентации будут соседние молекулы и соседние звенья этой же молекулы. Энергия, которая будет тратиться на преодоление этих препятствий, превращается в тепловую. Вязкость полимера при нагреве уменьшается и улучшаются условия ориентации.

Диполи диэлектрика при малых частотах изменения электрического поля ориентируются без запаздывания, а при возрастании частоты поля скорость поворота диполей увеличивается, соответственно, увеличивается трение частиц. Поляризация при очень большой частоте ослабевает, поскольку частицы не успевают сделать полную ориентацию.

По результатам исследований, процесс теплообразования в высокочастотном электрическом поле определяется параметрами поля, то есть напряжённостью и частотой, и диэлектрическими свойствами полимера. От теплопроводимости материала cкорость нагрева материала не зависит, поскольку теплопроводность определяет только потери теплоты в массу электродов и околошовную зону. Соответственно, максимальная температура при сварке обычно сосредоточена именно на контакте деталей, минимальная сосредотачивается на границе электродов и изделия. Подобное рациональное распределение температуры является неоспоримым преимуществом ТВЧ-сварки, поскольку не происходит наружного перегрева вещества. Скорость нагрева увеличивают изменением частоты и напряженности электрополя, однако увеличение напряженности ограничено определённым пределом – если он превышен, происходит электрический пробой находящегося между электродами свариваемого материала. Это становится причиной брака во шве и нарушает режим работы генератора высоких частот.

Частота электрополя также ограничена габаритами конденсатора – если нарушены определённые соотношения, пластмассы могут нагреваться неравномерно.

Способы сварки токами высокой частоты

Существует три технологии ТВЧ-сварки: шовная, точечная и прессовая. Выбор сварочной технологий в большинстве случаев определяется особенностями конструкции изделий.

Прессовый метод ТВЧ-сварки

Прессовый метод (рис. 1, а) заключается в следующем: свариваемые детали изделия помещаются между обкладками рабочего конденсатора, то есть электродами. Один или оба электрода повторяют конфигурацию шва. Можно задать любую форму шва, так как электроды сменные.

Рис. 1 Сварка пластмасс в высокочастотном электрическом поле: 1-электроды, 2-свариваемые детали изделия, 3-генератор, 4-диски

Одновременно с подачей напряжения на электроды от генератора подается соответствующее давление на свариваемые детали. Место сварки одновременно и равномерно нагревается по всей длине, это обеспечивает не только высокое качество, но и надёжность и стабильность механических свойств полученного сварного шва. Прессовая технология ТВЧ-сварки ограничена в использовании – толщина соединяемых деталей не должна превышать 5 мм.

Прессовая сварка – это наиболее распространённый и универсальный метод ТВЧ-сварки пластмасс. Эта технология используется для сварки деталей, декоративной отделки, клеймения изделий, нанесения аппликаций.

Шовный метод ТВЧ-сварки

Шовный метод (рис. 1, б) заключается в следующем: два диска, которые вращаются в противоположные стороны, создают одновременно с нагревом давление на свариваемые детали. Несмотря на кажущуюся простоту, шовная технология имеет один достаточно серьезный недостаток — для того, чтобы обеспечить высокую производительность при небольшой площади сварки, необходимо требуется повышать частоту тока и напряжение, удельную мощность. А эти показатели, как сказано выше, ограничены, соответственно, производительность сравнительно невелика. В связи с этим на производстве шовный метод используется достаточно редко, в основном для сварки тонких пленок.

Точечный метод ТВЧ-сварки

Читайте также:  Что такое минимальный ток трансформатора

Точечный метод (рис. 1, б) представляет собой разновидность шовной технологии и отличается от неё видом шва: шов по длине получается не сплошным, а прерывистым, то есть отдельными точками. Данная технология ТВЧ-сварка используется преимущественно для прихватки изделий, собранных под шовную либо прессовую сварку.

В высокочастотном электрополе также сваривают поперечные стыки труб, но сделать разогрев равномерным по всему периметру стыка достаточно сложно, поэтому для сварки стыков труб применяются кольцевые неразъёмные либо разъёмные электроды. Особенно значимый параметр сварки в данном случае – это расстояние от электрода до стыка. При уменьшении расстояния возрастает напряженность поля в стыке, поэтому его выбору нужно уделять особое внимание.

Основные технологические параметры ТВЧ-сварки:

  1. величина давления;
  2. напряжённость электрического поля;
  3. продолжительность нагрева

В основном большинство полимерных материалов хорошо нагревается при частотах в пределах 10 — 150 МГц. Для обеспечения стабильности работы оборудования и отсутствия целесообразнее устанавливать верхний предел частот, хотя максимальное КПД генератора обеспечивается на нижнем пределе. Частота электрополя нормирована и зависит от полос частот, которые разрешены для применения в технических целях. Чтобы не создавать помехи телевидению, радиовещанию и остальным службам РФ, для ТВЧ-сварки разрешены частоты 27, 12; 81, 36; 40, 62; 152 МГц.

Стоит отметить, что такие широко используемые термопласты, как фторопласт-4, полистирол полиэтилен и некоторые другие, к сожалению, непосредственно сваркой ТВЧ не соединяются, потому что относятся к наиболее совершенным диэлектрикам, соответственно, не могут генерировать достаточное количество тепла, необходимого для сварки.


Контактный способ

Самым распространённым способом изготовления электросварных труб, является вариант с использованием контактного токопровода, ввиду сконцентрированного выделения теплоты в зоне сварки. Использование этой схемы позволяет более экономно расходовать энергию и увеличить перечень свариваемых изделий.

Сварка токами высокой частоты

Но так же есть и свои недостатки. К ним можно отнести недолговечность контактного элемента и его малую износостойкость, которая зависит от ряда причин таких как:

  • материал контакта;
  • способ его охлаждения;
  • степень прижима и сила тока.

Сюда же следует отнести сварку вращающимся контактным трансформатором.

Сварка токами высокой частоты

Как сделать такой аппарат для контактной сварки, можно узнать на сайте . Сам аппарат состоит из:

  • трубы;
  • скользящих контактов;
  • сердечника;
  • обжимных роликов.

Подключение к индуктору

Вначале следует сказать о конструкции самого индуктора. Его рекомендуется сделать в виде цилиндрической катушки, намотанной в один ряд медным проводом. Витки должны быть изолированы друг от друга.

Рекомендуемое число витков – от 80 до 100. Сечение провода обычно составляет 2,5 – 4 мм2. В качестве сердечника можно использовать саму трубу отопления, но практические опыты показали, что вода при этом греется слабо. Поэтому была опробована другая конструкция сердечника.

Для более интенсивного нагрева теплоносителя в качестве сердечника предложено использовать отрезок пластиковой трубы, заполненный обрезками стальной проволоки, диаметром 5 – 6 мм.

При такой схеме происходит индукционный нагрев проволоки, обтекаемой теплоносителем. За счет увеличения площади теплообмена вода нагревается значительно интенсивней. Участок трубы с проволокой следует ограничить стальными сетками с обеих сторон, во избежание попадания обрезков в систему отопления.

Что касается собственно подключения сварочного инвертора, то рекомендации тех, кто сделал индукционный нагреватель своими руками, несколько неоднородны.

Так, часть советов сводится к изготовлению дополнительного промежуточного трансформатора, во вторичную обмотку которого включается индуктор с конденсатором.

Другая часть мастеров просто наматывают один виток медного провода на тороидальный высокочастотный трансформатор сварочного инвертора и напрямую к нему подключают индуктор.

В любом случае, не следует использовать выводы + и — сварочного инвертора, с которых осуществляется сварка. Напряжение на них выпрямленное, с наложенными высокочастотными пульсациями. Постоянная составляющая сварочного напряжения просто перегреет индуктор, не создавая рабочего поля.

Подключение к индуктору

Вначале следует сказать о конструкции самого индуктора. Его рекомендуется сделать в виде цилиндрической катушки, намотанной в один ряд медным проводом. Витки должны быть изолированы друг от друга.

Рекомендуемое число витков – от 80 до 100. Сечение провода обычно составляет 2,5 – 4 мм2. В качестве сердечника можно использовать саму трубу отопления, но практические опыты показали, что вода при этом греется слабо. Поэтому была опробована другая конструкция сердечника.

Для более интенсивного нагрева теплоносителя в качестве сердечника предложено использовать отрезок пластиковой трубы, заполненный обрезками стальной проволоки, диаметром 5 – 6 мм.

При такой схеме происходит индукционный нагрев проволоки, обтекаемой теплоносителем. За счет увеличения площади теплообмена вода нагревается значительно интенсивней. Участок трубы с проволокой следует ограничить стальными сетками с обеих сторон, во избежание попадания обрезков в систему отопления.

Что касается собственно подключения сварочного инвертора, то рекомендации тех, кто сделал индукционный нагреватель своими руками, несколько неоднородны.

Так, часть советов сводится к изготовлению дополнительного промежуточного трансформатора, во вторичную обмотку которого включается индуктор с конденсатором.

Другая часть мастеров просто наматывают один виток медного провода на тороидальный высокочастотный трансформатор сварочного инвертора и напрямую к нему подключают индуктор.

В любом случае, не следует использовать выводы + и — сварочного инвертора, с которых осуществляется сварка. Напряжение на них выпрямленное, с наложенными высокочастотными пульсациями. Постоянная составляющая сварочного напряжения просто перегреет индуктор, не создавая рабочего поля.

Особенности систем индукционного нагрева

Стандартное оборудование представляет собой источник питания в защитном корпусе с разъемами для подключения удлинительных кабелей. Индукционная система нагрева оснащается воздушным или жидкостным охлаждением, встроенным регулятором температуры. Опционально она может комплектоваться тележкой на колесах, а также электронным записывающим устройством. Программирование имеет два режима: ручной, когда оператор сам выставляет время обработки, и автоматический. В последнем случае выходная мощность зависит от текущей температуры детали.

Все системы имеют высокую степень защиты, исключающую поражение электрическим током при работе. Если разъем не закрыт заглушкой или к нему не подключен кабель, питание на него не подается. Некоторые модели оснащаются дистанционными выключателями.

Индукционные системы нагрева с воздушным охлаждением комплектуются специальным одеялом с кевларовым чехлом. Такое оборудование применяется при работе с надземными и подводными трубопроводами, в судостроении (для обработки кромок значительной длины), горной промышленности. Большинство моделей данного типа оснащены несколькими разъемами для удлинительных кабелей, что позволяет обрабатывать одновременно более чем одну деталь.

Системы с жидкостным охлаждением имеют дополнительный кабель, который подсоединяется к обрабатываемой детали. Он размещен в армированном силиконовом шланге. Это обеспечивает прочность последнего, создает необходимые условия для подачи жидкости, охлаждающей проводник тепла.

Индукционная система нагрева с жидкостным охлаждением используется для горячей посадки фланцев и других компонентов на вал, а также для их последующего снятия. Ее применяют при строительстве технологических трубопроводов в полевых условиях и сварочных цехах. В горной и судостроительной промышленности такое оборудование используют для быстрого нагрева кромок значительной протяженности — например, для швов деталей корпуса.

Режимы термической обработки

Данный процесс состоит из трех этапов:

  • индукционного нагрева сварного шва до необходимой температуры;
  • выдержки в таком состоянии в течение некоторого времени;
  • охлаждения с определенной скоростью.

При монтаже трубопроводных систем используются следующие режимы:

  • термический отдых. Как правило, используется для сварных соединений в системах толстостенных труб, для которых применение других режимов нагрева затруднено;
  • высокий отпуск. Такой обработке подвергаются сварные швы из сталей перлитного класса. Высокий отпуск позволяет снизить на 70–90 % остаточные напряжения, повысить пластичность и вязкость металла;
  • нормализация. Нагрев снижает уровень остаточных напряжений, приводит к образованию однородной мелкозернистой структуры. Нормализации чаще всего подвергаются соединения в системах тонкостенных труб малого диаметра из стали перлитного класса, особенно если они выполнены методом газовой сварки;
  • аустенизация и стабилизирующий отжиг. Оба этих вида термической обработки применяются для улучшения качества сварных соединений труб из высоколегированных марок аустенитного класса.

Источник