Зварювання пластмас в електричному полі високої частоти

29.07.2015

Зварювання пластмас в електричному полі високої частоти

ТВЧ-зварювання ( зварювання струмом високих частот) пластмас здійснюється за рахунок розігріву матеріалу після поглинання енергії утворюється електричного поля.

Професійні ТВЧ верстати забезпечують локальний нагрів поверхонь, що з’єднуються, при цьому немає проплавлення всій поверхні і об’єму матеріалу. За рахунок цього зварювання ТВЧ може використовуватися для з’єднання матеріалів, що мають вузький температурний інтервал в’язко-текучого стану, а також високу в’язкість розплаву.

При зварюванні матеріал розташовується між металевими електродами, і при підключенні даної системи до джерела електроенергії високих частот утворюється конденсатор. Матеріал-діелектрик під впливом електричного поля поляризується. При змінному електричному полі в матеріалі утворюється мінлива поляризація, яка супроводжується зміщенням заряджених частинок, що входять в атоми і молекули. Велика частина реальних діелектриків ( включаючи термопласти), які розміщені в змінне поле, має певну провідність.

за Причиною для нагрівання полімерів в електрополе високої частоти є особливі ланки в їх молекулах, які мають дипольне будова і можуть при накладенні зовнішнього поля поляризуватися. Микродиполи при попаданні полімерів в змінне електричне поле будуть орієнтуватися по напрямку електричного поля: негативні заряди будуть тягнутися до позитивно зарядженої пластини конденсатора, позитивно заряджені — до негативній пластині, а при зміні на обкладках конденсатора знака заряду орієнтація ділянок молекул буде змінюватися. Перешкоджати цій зміні орієнтації будуть сусідні молекули і сусідні ланки цієї молекули. Енергія, яка буде витрачатися на подолання цих перешкод, перетворюється в теплову. В’язкість полімеру при нагріванні зменшується і поліпшуються умови орієнтації.

Диполі діелектрика при малих частотах зміни електричного поля орієнтуються без запізнювання, а при зростанні частоти поля швидкість повороту диполів збільшується, відповідно, збільшується тертя частинок. Поляризація при дуже великій частоті слабшає, оскільки частки не встигають зробити повну орієнтацію.

За результатами досліджень, процес теплоутворення у високочастотному електричному полі визначається параметрами поля, тобто напруженістю і частотою, і діелектричні властивості полімеру. Від теплопровідності матеріалу швидкість нагріву матеріалу не залежить, оскільки теплопровідність визначає тільки втрати теплоти в масу електродів і околошовную зону. Відповідно, максимальна температура при зварюванні звичайно зосереджена саме на контакті деталей, мінімальна зосереджується на кордоні електродів і вироби. Подібне раціональний розподіл температури є незаперечною перевагою ТВЧ-зварювання, оскільки не відбувається зовнішнього перегріву речовини. Швидкість нагріву збільшують зміною частоти і напруженості електрополя, однак збільшення напруженості обмежена певною межею – якщо він перевищений, відбувається електричний пробій що знаходиться між електродами зварюваного матеріалу. Це стає причиною шлюбу у шві і порушує режим роботи генератора високих частот.

Частота електрополя також обмежена габаритами конденсатора – якщо порушені певні співвідношення, пластмаси можуть нагріватися нерівномірно.

Способи зварювання струмами високої частоти

Існує три технології ТВЧ-зварювання: шовна, точкова і пресова. Вибір зварювального технологій в більшості випадків визначається особливостями конструкції виробів.

Пресовий метод ТВЧ-зварювання

Пресовий метод ( рис. 1, а) полягає в наступному: зварювані деталі вироби поміщаються між обкладками робочого конденсатора, тобто електродами. Один або обидва електрода повторюють конфігурацію шва. Можна задати будь-яку форму шва, так як електроди змінні.

Зварювання пластмас в електричному полі високої частоти

Рис. 1 Зварювання пластмас у високочастотному електричному полі:

1-електроди, 2-зварювані деталі виробу, 3-генератор, 4-диски

Одночасно з подачею напруги на електроди від генератора подається відповідний тиск на зварювані деталі. Місце зварювання одночасно і рівномірно нагрівається по всій довжині, це забезпечує не тільки високу якість, але й надійність та стабільність механічних властивостей отриманого зварного шва. Пресова технологія ТВЧ-зварювання обмежена у використанні – товщина з’єднувальних деталей не повинна перевищувати 5 мм

Пресова зварювання – це найбільш поширений і універсальний метод ТВЧ-зварювання пластмас. Ця технологія використовується для зварювання деталей, декоративного оздоблення, таврування виробів, нанесення аплікацій.

Шовний метод ТВЧ-зварювання

Шовний метод ( рис. 1, б) полягає в наступному: два диски, що обертаються в протилежні сторони, створюють одночасно з нагріванням тиск на зварювані деталі. Незважаючи на уявну простоту, шовна технологія має один досить серйозний недолік – для того, щоб забезпечити високу продуктивність при невеликій площі зварювання, необхідно потрібно підвищувати частоту струму і напругу, питому потужність. А ці показники, як сказано вище, обмежені, відповідно, продуктивність порівняно невелика. У зв’язку з цим на виробництві шовний метод використовується досить рідко, в основному для зварювання тонких плівок.

Точковий метод ТВЧ-зварювання

Точковий метод ( рис. 1, б) являє собою різновид шовного технології і відрізняється від неї видом шва: шов по довжині виходить не суцільним, а переривчастим, тобто окремими точками. Дана технологія ТВЧ-зварювання використовується переважно для прихватки виробів, зібраних під шовную або пресову зварювання.

У високочастотному електрополе також зварюють поперечні стики труб, але зробити розігрів рівномірним по всьому периметру стику досить складно, тому для зварювання стиків труб застосовуються кільцеві нероз’ємні або роз’ємні електроди. Особливо значущий параметр зварювання в даному випадку – це відстань від електрода до стику. При зменшенні відстані зростає напруженість поля в стику, тому його вибору потрібно приділяти особливу увагу.

Основні технологічні параметри ТВЧ-зварювання:

  1. величина тиску;
  2. напруженість електричного поля;
  3. тривалість нагріву

В основному більшість полімерних матеріалів добре нагрівається при частотах у межах 10 — 150 МГц. Для забезпечення стабільності роботи обладнання і відсутність доцільніше встановлювати верхня межа частот, хоча максимальний ККД генератора забезпечується на нижній межі. Частота електрополя унормована і залежить від смуг частот, які дозволені для застосування в технічних цілях. Щоб не створювати перешкоди телебачення, радіомовлення та іншим службам РФ, для ТВЧ-зварювання можна частоти 27, 12; 81, 36; 40, 62; 152 МГц.

Варто відзначити, що такі широко використовувані термопласти, як фторопласт-4, полістирол, поліетилен і деякі інші, на жаль, безпосередньо зварюванням ТВЧ не поєднуються, тому що відносяться до найбільш досконалим діелектриків, відповідно, не можуть генерувати достатню кількість тепла, необхідного для зварювання.

Короткий опис статті: зварювання пластмас Зварювання пластмас в електричному полі високої частоти Зварювання пластмас в електричному полі високої частоти

Джерело: Зварювання пластмас в електричному полі високої частоти

Також ви можете прочитати