Файл: Крикунова, И. И. Газовая сварка пластмасс.pdf

Рис. 35. Зависимость температуры, нагрева полипропилена от скоро­

(Гр и Гпл — температуры разложения и плавления полипропилена)

выполненные в виде равносторонних треугольников С площадью поперечного сечения 4—8 мм2. Треугольный пру­ ток, имеющий большую поверхность, чем круглый, обла­ дает лучшими условиями теплонасыщения, т. е. за одно и то же время такой пруток прогревается на большую глубину. Швы, заваренные треугольными прутками, снижают концентрацию напряжений на границе сплав­ ления прутка с кромками основного материала, а также повышают качество сварного шва за счет увеличения контактирующей площади прутка с кромками.

Высокой скорости механизированной сварки дости­ гают за счет подачи к месту сварки прутка, доведенного в камере подогрева до пластического состояния. Такой пруток поступает под формирующий ролик, полностью

.заполняет разделку шва и сваривается с кромками ос­ новного материала.

Чем выше температура предварительного ' нагрева присадочного прутка и кромок разделки, тем больше диапазон скоростей сварки и прочность сварного шва. При чрезмерном нагреве камеры предварительного по­ догрева пруток прилипает к ее стенкам и перегревается. Скорость сварки, изменяемая в широких пределах, зави­ сит от теплофизических свойств, толщины свариваемого материала и температуры теплоносителя. Наиболее при­

70

емлемыми являются скорости, которые в зависимости от диаметра прутка составляют 18—60 м/ч; при этом темпе­

тельного подогрева присадочного прутка и сварочного усилия. При этом необходимо сваривать при верхнем пределе температур вязкотекучего состояния термопла­ ста. Это значит, что присадочный материал должен по­ ступать в шов с подвижным расплавленным поверхност­ ным слоем. Очень важно, чтобы сварочное усилие и сте­ пень пластичности прутка обеспечивали возникновение при его укладке в кромки разделки сдвигающих усилий, выталкивающих из шва сгоревший и окисленный мате­ риал, который собирается около его корня. Сварочное усилие в зависимости от свариваемого материала и диа­ метра присадочного прутка составляет 2—5 кгс.

На рис. 36 показан поперечный разрез шва, получен­ ного при сварке двухслойного линолиума полуавтоматом' ПГП-1. Присадочный пруток хорошо заполняет зазор между свариваемыми кромками. Этот зазор ограничен направляющими конусообразными роликами полуавто­ мата, фиксирующими сварочную головку относительно шва.

При механизированной сварке может не произойти сцепления прутка с одной из кромок или увеличиться выступ присадочного прутка в результате его скручива­ ния. Эти дефекты устраняют повторным движением полуавтомата без присадочного прутка. При этом внеш­ ний вид шва не изменяется.

В случае разрыва прутка или увеличения зазора ме­ жду свариваемыми кромками, место дефекта заварива-

Рис. 36. Поперечный разрез шва на линолиуме, выполненного механизированной

сваркой

71

Стся ещё раз с применением присадочного прутка и с последующим движением полуавтомата без него. При пересекающихся швах приваренный пруток в месте пер­ вого стыка вырезают, а в месте пересечения замедляют скорость движения полуавтомата, при этом на поверхно­ сти прутка остается малозаметный след от ролика.

Пруток в зону сварки подается при накатывании на него после нагрева давящего ролика, в результате чего он приваривается к основному материалу. При вдавли­ вании в шов разогретый присадочный пруток удлиняет­ ся на величину, зависящую от степени его прогрева и приложенного к нему усилия. При правильном выборе сечения, соответствующего толщине основного материа­ ла, присадочный пруток удлиняется не более чем на 20—25%. При недостаточном прогреве пруток не удли­ няется и не происходит сцепления его со свариваемыми кромками. При перегреве пруток удлиняется на 40— 50%, не достигает основания стыка, при этом он как бы размазывается по поверхности основного материала. При удлинении, соответствующем 20—25%, получают шов высокого качества.

СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Причины возникновения и способы устранения деформаций и напряжений

При сварке деталей из термопластичных материалов под действием неравномерного нагрева основного мате­ риала и усадки материала шва, а также в результате структурных изменений в зоне термического влияния возникают внутренние напряжения, вызывающие: про­ дольные и поперечные деформации (изменяются длина и ширина элементов) ; искривление, выпучивание и скру­ чивание элементов, трещины в материале шва; в отдель­ ных случаях снижение прочности изделия.

В результате нарушения технологии сварки изделие может деформироваться и покоробиться, что не допус-

72

кается технологическими условиями. Напряжения, воз­ никающие в процессе сварки, в некоторых случаях при­ водят к трудно выявляемому трещинообразованию, при­ водящему к снижению надежности сварной конструкции. Изучение причин возникновения сварочных напряжений и деформаций и разработка методики их расчета — трудная задача в сварочной технике. Нет достаточно надежных и простых методов расчета напряжений и де­ формаций в свариваемой конструкции в зависимости от метода и режима сварки и других технологических фак­ торов.

Мероприятия по борьбе с деформациями и коробле­ ниями, осуществляемые на производстве, подразделяют на конструктивные и технологические. Первые включают вопросы рациональной конструкции изделия. Конструк­ тор, проектирующий новую конструкцию из термопла­ стического материала, должен учитывать не только ра­ циональность его формы и удобство эксплуатации, но и технологию изготовления и возможность сварки без ко­ робления. При этом основными мероприятиями явля­ ются:

уменьшение числа сварных соединений и швов; обеспечение симметричного расположения швов для

создания при сварке уравновешанных деформаций; применение сборочно-сварочных приспособлений; размещение швов вне зон максимальных напряжений. К технологическим мероприятиям относятся: предотвращение обратных деформаций перед свар­

кой; разработка рациональной технологии сварки.

Мероприятия по уменьшению коробления могут ока­ зывать разное воздействие на величину внутренних на­ пряжений, например, жесткое закрепление деталей уменьшает коробление, но увеличивает внутренние на­ пряжения и т. д. При осуществлении того или иного мероприятия необходимо учитывать конфигурацию изде­ лия, механические и пластические свойства свариваемого материала, возможность возникновения трещин.

Обратные и остаточные деформации

Для предотвращения обратных деформаций необхо­

димо опытным путем определить величину и направле­ ние ожидаемых деформаций, вызываемых сваркой дан-

60

пряжения усадки

ного изделия (рис. 37), затем свариваемые элементы или собранную конструкцию до сварки изгибают в сторону, противоположную наибольшим напряжениям усадки.

Обратный изгиб свариваемых элементов выполняют без приложения дополнительного усилия или с усилием в пределах упругих деформаций. Техника выполнения этих изгибов различна. Чаще применяют упругий изгиб в жестких сборочно-сварочных зажимных приспособле­ ниях различных конструкций, в которых свариваемое изделие находится до окончания процесса сварки и пол­ ного охлаждения.

Описываемый способ предотвращения обратных де­ формаций нашел широкое распространение.

Жесткое закрепление снижает остаточные деформа­ ции и уменьшает коробление свариваемых деталей. Пол­ ностью ликвидировать деформации нельзя, так как об­ разующиеся при сварке в сварном соединении пласти­ ческие и упругие деформации обнаруживаются после снятия закреплений. Как правило, эти деформации зна­ чительно меньше, чем деформации при сварке элементов конструкций, свободных от закрепления. Жесткое закре­ пление можно применять при сварке любого термопла­ стического материала, а также листов с Ѵ-образной разделкой кромок во избежание их вспучивания.

Для предотвращения вспучивания и расхождения состыкованных кромок листов применяют прижимы, находящиеся в непосредственной близости (10—20 мм) от сварного шва.

Деформации при жестком закреплении, а также сво­ бодном положении свариваемых элементов можно

74

уменьшить охлаждением шва водой сразу же после сварки. При закалке сварного шва и околошовной зоны образуются большие концентраторы напряжений, кото­ рые снижают прочность сварного соединения до 20% по сравнению с прочностью нетермообработанных швов.

ДЕФЕКТЫ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Основные дефекты

Сварной шов — связующий элемент между частями свариваемого соединения. Дефекты в сварном соедине­ нии значительно снижают его прочность и могут приве­ сти к авариям. Дефекты сварных соединений подразде­ ляют на наружные, выявляемые поверхностным осмот­ ром, и внутренние — в сварном шве и обнаруживаемые только специальными методами контроля.

Большинство дефектов в сварных швах может быть вызвано следующими причинами:

некачественной сборкой сварного соединения и непра­ вильной подготовкой кромок, например, неправильным

на укладываемый присадочный материал и т. д.; несоответствием присадочного и основного материа­

лов, завышенным или заниженным диаметром присадоч­ ного прутка и т. д.

В большинстве случаев причина возникновения де­ фектов — недостаточная квалификация сварщиков: не­ умение определить температуру начала сварки, неравно­ мерные разогрев присадочного и основного материалов и давление на пруток и др. С повышением квалифика-

6*

ции сварщиков значительно уменьшается количество дефектных швов.

Лица, допускаемые к сварочным работам, должны ежегодно сдавать по специальной программе практичес­ кие и теоретические экзамены. Сварщик отвечает за ка­ чество сварного шва.

Несоответствие шва требуемым геометрическим раз­ мерам. Этот дефект является в основном результатом нарушения сварщиком технических условий на размеры сварного шва. Допуски на усиление шва составляют ±1 мм. При уменьшении размеров шва снижается проч­ ность соединения; при большом увеличении этих разме­ ров швы нерациональны с экономической точки зрения и с точки зрения концентрации напряжений.

Подрезы — узкие, продольные углубления, образую­ щиеся по краям шва в основном материале, максималь­ ная глубина которых обычно составляет 1—2 мм. При­ чина их образования — чрезмерный разогрев сваривае­ мых кромок и недостаточный нагрев присадочного прут­ ка, неправильная укладка прутка в шов, неопытность сварщика.

Подрезы уменьшают сечение основного материала в охрупченной зоне термического влияния. Швы с подре­ зами нестойки к динамическим нагрузкам. Подрезы слу­ жат местом концентрации напряжений и началом обра­ зования трещин.

Подрезы глубиной не более 10% от толщины свари­ ваемых элементов в неответственных конструкциях не подваривают. Более глубокие подрезы исправляют на­ ложением дополнительного валика.

Трещинообразование — наиболее опасный вид на­ ружных и внутренних дефектов шва. Причины появле­ ния трещин — чрезмерное натяжение сварочного прутка при укладке его в шов, большая жесткость свариваемо­ го контура и др.

Трещины в швах, особенно при многослойной сварке очень трудно обнаружить, так как они могут быть воло­ сяными и находиться под приваренными валиками. При эксплуатации изделия эти трещины увеличиваются, в результате чего соединение может разрушиться.

Трещины в швах бывают продольными и поперечны­ ми: продольные чаще возникают вдоль плоскости уклад­ ки прутка в шов из-за неодновременного прогрева сва­ риваемых кромок и присадочного прутка; поперечные —

76