Як відбувається зварювання пластмаси

Поява полімерів призвела до швидкого витіснення ними інших видів матеріалів. Недорогі у виробництві, високоміцні, гнучкі та легко піддаються формуванню, вони широко використовуються в різних галузях промисловості. Сьогодні пластмасові та пластикові вироби можна знайти практично у будь-якій сфері життя: від побутової сфери до авіабудування. І тому технологія зварювання пластмас є надзвичайно актуальною темою. Вона виступає невід'ємною частиною виробництва пластмасових виробів у Білорусі та за її межами. Яке обладнання необхідне для зварювання пластиків, як реалізується процес та які є способи, спробуємо розібратися.

Процес зварювання пластмаси включає:

• Підготовка поверхонь: перед зварюванням поверхні пластмасових деталей повинні бути чистими та підготовленими. Це включає видалення забруднень, пилу і жиру за допомогою спеціалізованих засобів.
• Нагрівання: зварювальний інструмент здійснює нагрівання пластмаси до певної температури, яка робить її пластичною.
• Стиснення: після нагрівання деталі стискаються разом. Це може бути виконано за допомогою ручного тиску, гідравлічних пресів чи інших методів.
• Охолодження: після стиснення деталі охолоджуються, що дозволяє зафіксуватися і зберегти форму.

У яких випадках застосовується технологія зварювання пластику

Зварювання пластикових виробів застосовується у різних галузях:

• Промислове виробництво: у промисловості зварювання пластмаси використовується для виготовлення різних пластмасових виробів, включаючи пляшки, контейнери, труби, деталі автомобілів та багато інших.
• Медицина: пластмасові компоненти в медичній техніці часто вимагають точного зварювання, щоб забезпечити герметичність та стерильність.
• Авіація та авіаційна промисловість: використовується для виготовлення літальних апаратів, а також для ремонту та обслуговування пластмасових частин.
• Електроніка: у виробництві електроніки пластмасові деталі, такі як корпуси, можуть бути зварені для створення закритих та захищених корпусів.
• Будівництво: у будівництві пластмасові труби та фітинги можуть бути зварені для створення систем водопостачання та каналізації.

Зварювання пластмаси – важливий процес створення різноманітних пластмасових виробів. Він гарантує міцне та герметичне з'єднання деталей між собою.

Основні методи зварювання

Існує кілька ключових технологій зварювання пластмас:

• гарячим повітрям: деталі нагріваються гарячим повітрям за допомогою спеціального інструменту, що далі з'єднуються для створення зварного з'єднання;
• ультразвуком: високочастотні коливання провокують тертя частинок у сухих поверхнях, в результаті пластмаса плавиться та створюються вузли схоплювання.
• зварювання за допомогою теплових елементів (нагрівальні пластини або зварювальні прутки): метод підходить для різних пластмасових матеріалів та застосовується у промисловості.
• лазерне зварювання: високотемпературний промінь нагріває та плавить пластмасу на заданій ділянці, створюючи міцний шов;
• екструдерне зварювання: розплавлений пластик видавлюється через формуючу головку, дозволяючи отримувати вироби певної форми та розміру.

Види пластику, що зварюються

Для зварювання підходять пластикові вироби з таких видів термопластичних пластмас: поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид, поліетилентерефталат, нейлон, полікарбонат, полівінілацетат.У більшості випадків технологія передбачає нагрівання основи до високих температур, за яких пластик починає плавитися і стає еластичним. Після поверхні стикуються, накладаються один на одного, стискуються, утворюючи стикувальний шов. Для зварювання пластиків застосовується спеціальне обладнання, яке подає гаряче повітря чи промінь. Температура при зварюванні пластиків у середньому коливається від 250°С до 360°С.

Устаткування для зварювання пластмас

Для зварювання пластмас використовується різне обладнання:

• Екструдери: використовуються для зварювання пластмасових труб та профілів. Процес включає нагрівання пластмаси і проштовхування її через вихідний отвір з одночасною формовкою.
• Гарячий зварювальний апарат: генерує гарячий повітряний потік, який нагріває пластмасу до пластичного стану. Далі деталі з'єднуються для створення зварного шва. Таке обладнання широко використовується при зварюванні пластмасових плівок та мембран.
• УЗ-зварювальні машини: використовує ультразвукові хвилі для нагрівання молекул пластмаси, що призводить до їхнього з'єднання. Ультразвукове зварювання часто застосовується в галузі виробництва електроніки та медичних приладів.
• Зварювальні верстати з нагрівальним елементом: задіють нагрівальні елементи для нагрівання поверхні пластмасових деталей, після чого вони стискаються разом і утворюють єдиний виріб.
• Лазерні зварювальні машини: застосовуються для точного та високотемпературного зварювання пластмас, підходять для дрібних деталей і вимагають точного калібрування.

Складність процесу з'єднання пластмас та професійне обладнання, яке використовується для цього, припускають наявність у спеціалістів відповідних навичок.Щоб результат був відмінним, важливо суворо дотримуватися технології та дотримуватися заданих критеріїв.

Як зварюють пластик

У широкому значенні зварювання - це з'єднання деталей шляхом неповного розплаву, під час якого матеріал розм'якшується та перемішується, утворюючи однорідну масу. Одночасно з остиганням відбувається затвердіння матеріалу - фактично листи, труби або будь-які інші деталі сплавляються воєдино. Утворюється зварний шов.

Хороший шов має міцність, яку можна порівняти з міцністю з'єднаних деталей. Зварювати можна не лише метали. Багато видів побутового пластику добре піддаються зварюванню. Але технологія зварювання пластику суттєво відрізняється від технології зварювання металів.

фактори, що впливають

Зварювання пластику - процес нескладний навіть у домашніх умовах, але для успішності робіт необхідно дотриматись низки умов. Зварювати можна тільки пластики з групи термопластів.

Термопласти - різновид пластмас, який повністю зберігає свої властивості при нагріванні, розплавленні та подальшому затвердінні. Цим вони відрізняються від реактопластів, які після фінальної обробки (виливки або штампування виробу) не можуть нагріватися без руйнування.

Простіше кажучи, при високій температурі термопласти плавляться, але потім твердніють, а реактопласти обвугливаються і горять. Область застосування реактопластів значно вже. У побуті набагато частіше трапляються різні види термопластів.

Піддавати зварюванню можна такі види пластиків, що належать до термопластів:

• поліетилен (високої та низької щільності);
• поліпропілен;
• полівінілхлорид;
• полістирол;
• полівінілацетат;
• поліетилентерефталад;
• полікарбонат;
• нейлон.

Поєднувати один з одним зварюванням можна тільки однорідні пластики - нейлон з нейлоном, полістирол з полістиролом, і так далі.

Два підходи

Зварювання пластмас може проводитись різними способами. Але є два основні підходи — температурний і холодний. Перший ґрунтується на дії на пластик порівняно високої температури (в діапазоні 200-300 °C для різних видів пластиків).

Термічна зварювання пластику може здійснюватися:

1. потоком гарячого газу (повітря, азот, аргон);
2. розпеченим контактним інструментом (паяльник, спеціальний апарат для зварювання пластику);
3. розплавленою присадкою;
4. тертям;
5. ультразвуковими хвилями;
6. точковим нагріванням лазерним, інфрачервоним або іншим світловим випромінюванням;
7. високочастотним електричним струмом

Принцип холодного зварювання інший. Він також поділяється на два принципово різні підвиди. Перший – це зварювання пластику частковим розплавленням за допомогою хімічних розчинників.

Під впливом певних хімікатів краї, що з'єднуються, розм'якшуються, з'єднуються під тиском і під тиском ж остигають. Через складність, а також те, що найпопулярніші полімери поліетилен і поліпропілен цього способу не піддаються, в побуті його застосовують рідко.

Другий підвид - це застосування двокомпонентного полімерного складу, за тим самим принципом, що й у холодного зварювання металу. Справжнім зварюванням не є, але може забезпечити досить міцне, близьке до міцності пластикових поверхонь, що з'єднуються, з'єднання.

Найбільш поширені способи

Перш ніж говорити про найдоступніші для користувача способи зварювати пластмасу, потрібно визначитися з областю застосування цього кріплення в домашніх умовах.

Як правило, це або герметичне з'єднання пластикових водопровідних труб, у тому числі на ділянках, де вода курсує під тиском, або з'єднання листового пластику з різною метою — виготовлення якихось виробів, ремонт пластикових каністр, баків, бамперів.

Зауважте, що зварювання часто використовується дайверами для ремонту гідрокостюмів з відповідним покриттям.

Далі буде зроблено упор на методи та інструмент для ручного зварювання пластику, оскільки машинні способи зварювання пов'язані зі складним та дорогим обладнанням. До них відносяться лазерне, інфрачервоне, ультразвукове зварювання пластику, зварювання тертям та деякі інші способи. У той же час з'єднання за допомогою прямого контакту з термоінструментом, за допомогою розжареного газу або екструдера, цілком доступно для домашнього майстра або виїзного ремонтника.

Контактний спосіб нагріванням

Технологічно це найпростіший спосіб зварювання пластику. Для нього не потрібні навіть електроди. Але конструкція апарату різна для зварювання листових матеріалів або, наприклад, для з'єднання труб.

Найпростішим апаратом, що використовується для зварювання невеликих деталей, є звичайний електричний паяльник на 220 В. Для збільшення площі нагріву, а також щоб не псувати жало, може застосовуватися спеціальна насадка.

Їм можна зварювати найпоширеніші пластмаси – поліетилен та поліпропілен. Більшість пластмасових деталей для домашнього господарства виготовляється з них.

Принцип цього нескладний. Кромки деталей розігрівають (для поліетилену та поліпропілену температура повинна бути 200-260 °C), з'єднують внахлест або стик-в-стик і щільно стискають у струбціні або в лещатах.

Охолодження має відбуватися під тиском, інакше досягти якісного шва не вдасться. Перед початком роботи краю рекомендується зачистити та промити.

Спеціальний зварювальний апарат застосовується для зварювання листового пластику у великих обсягах. З'єднання труб нагріванням також потребує особливого інструменту. Зварювальні апарати для труб діляться на 2 види - для зварювання встик і для зварювання врозтруб.

Другий спосіб призначений для зварювання труб різного діаметру, що щільно заходять одна в іншу. Такі апарати забезпечують потрібний тиск.

Розпечений газ

Зварювання пластику газом означає, що з розм'якшення матеріалу використовується спрямований потік розпеченого повітря чи промислового газу — аргону, азоту та інших. У побутових умовах зазвичай застосовується повітря, а інструментом його подачі служить будівельний фен.

Температура газу, що подається, повинна бути приблизно на 80-100° вище, ніж температура в'язкотекучості, тобто розм'якшення до потрібної кондиції металу, що зварюється. У цих умовах також необхідно забезпечувати тиск на кромки пластику, що з'єднуються. Для цього може використовуватися притискний валик, яким ведуть уздовж шва слідом за феном (потрібна допомога іншої людини), або спеціальні фіксуючі насадки на фен.

Така насадка дозволяє стискати поверхні під час зварювання. Спеціально для обробки широкоформатних листів - банерів, тентів, елементів крові - розроблені щілинні та формувальні насадки на типовий промисловий фен (тепловий пістолет).

У промисловості найчастіше застосовується спеціальний газовий склад, що забезпечує відсутність оксидів у зварному шві, які послаблюють його структуру.У побуті це некритично, тому що навантаження на пластмасові деталі зазвичай незначне.

Нагрів газом накладає обмеження на товщину матеріалу, що зварюється - не більше 2 мм. Оптимально - 1,5 мм.

Газове зварювання пластику може бути як без застосування матеріалу, так і з присадкою. Роль присадки грають звані електроди — стрижні з пластмаси різних марок (підбираються з марки пластику), діаметром від 2 до 6 мм.

Називати їх електродами не зовсім коректно. Жодний струм по них при газовому зварюванні не йде (майже всі пластики - діелектрики). Але назва прижилася просто за аналогією зі зварюванням металу.

Використання присадки дозволяє збільшити міцність шва та поглибити зварний шов. Цей спосіб підходить для скріплення товстіших деталей. Можливе як ручне подання присадки з прикочуванням валиком, так використання спеціального обладнання - екструдера, екструзійного пістолета.

Застосування екструдера

Екструдер - це пристрій для подачі в область зварювання матеріалу. Його використання значно спрощує процес зварювання.

Ручний екструдер для пластику виглядає як пістолет, поєднаний із тепловим феном. Через нього безперервно подається присадковий стрижень, що огортається потоком розпеченого повітря.

Екструдери поділяються на 2 типи - безконтактні та контактні. У першому випадку мундштук не поринає у зварний шов, а тиск забезпечується притискним роликом.

У другому випадку сопло апарата проходить безпосередньо всередині зварного шва, і цим здійснюється необхідний тиск. Екструзійний спосіб зварювання пластику - найпростіший, швидкий і надійний серед усіх видів ручного зварювання, він поступається лише автоматичному та напівавтоматичному методам.