Сварка пластмасс инфракрасным излучением

Сущность процесса

Инфракрасные (ИК) лучи имеют электромагнитную природу. Спектр этого излучения занимает область от красной границы видимого света, до коротковолной части миллиметрового диапазона, что соответствует длина волн от 0,4 до 1000 мкм.

ИК - лучи, как и лучи видимого спектра, могут отражаться, преломляться и поглощаться веществом. Поглощенная электромагнитная энергия ИК – излучения переходит в тепловую внутри вещества. Если частота ИК – лучей совпадает с собственной частотой колебаний элементарных частиц облучаемого тела, то возникает так называемое резонансное поглощение, сопровождающееся наибольшим превращением электромагнитной энергии в тепловую. Именно на этом свойстве основан нагрев термопластов при сварке ИК - излучением.

Степень поглощения энергии ИК – лучей зависит от природы полимера, наличия добавок (красителей, наполнителей и т.п.) и толщины свариваемых материалов. В порядке убывания степени поглощения ИК - лучей термопласты можно расположить в следующий ряд: пентапласт, полиамиды, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, полиолефины, фторлоны. Схема нагрева полимерных материалов инфракрасным излучением представлено на рис. 2.29.

Рис. 2.29 Схема нагрева материала ИК – излучением

1 -– источник излучения; 2 –- отражатель; 3 –- облучаемое тело; а -– испускаемые световые и инфракрасные лучи; б –- отраженная часть излучения; в -– поглощенная часть излучения (превращенная в тепло внутри материала); г -– пропущенная часть излучения.

Технология сварки

 Сварка ИК – излучением используется для получения нахлесточных и рантовых соединений тонких пленок, а также стыковых соединений листов, труб и профилей.

Сварка пленок осуществляется по схеме, при которой в качестве подложки используется эластичный материал (рис. 2.30). Эластичность позволяет создать натяжение в зоне облучения за счет сжатия подложки давлением, приложенным через ограничители 1 зоны сварки. Материалом подложки могут служить черная микропористая резина, пенополиуретан и прорезиненные ткани.

Рис. 2.30 Сварка ИК – излучением при создании давления за счет упругой подложки.

1 –- губки ограничения зоны облучения; 2 -– нагреватель; 3 –- свариваемые пленки; 4 -– сварной шов; 5 -– подложка; А -–ИК–луч; Б -– направление натяжения; Р –- давление прижима.

Соединение рантовыми швами производят путем оплавления кромок пленок, выпущенных на небольшое расстояние из зажимных губок. При этом может применяться импульсный режим облучения.

Непрерывные, протяженные швы для всех схем сварки пленок ИК – излучением получают взаимным перемещением излучателя и ли пленок. ИК – излучением хорошо свариваются пленки из пентапласта, поливинилхлорида, полиэтилена. Толщина пленок обычно составляет 100-300 мкм. Температура нагревателя (силитового стержня)до 473 К, расстояние от нагревателя до пленок 12-14 мм, скорость сварки 0,02 –0,06 м/с. Меньшая скорость соответствует сварке поливинилхлорида, а большая – полиэтилена, наполненного техническим углеродом.

Этапы сварки стыковых соединений труб и профильных элементов сходны с этапами сварки нагретым инструментом, только стадия оплавления протекает без контакта нагревателя со свариваемыми торцами.

Оборудование для сварки инфракрасным излучением.

Большинство полимерных материалов имеет максимум поглощения, соответствующий ИК – излучению с длинами волн более 2,5 – 3 мкм. Для создания излучения с такими длинами волн используются стержневые кварцевые лампы, силитовые стержни и нагреватели из хромистых сталей.

Кварцевые лампы стержневого типа выпускаются в виде газонаполненных трубок с токопроводящей вольфрамовой спиралью. Такие лампы создают большую плотность облучения (до 1 вт/мм²) при работе короткими импульсами длительностью до 1-5 с. Выпускается ручное устройство «Пилад» с кварцевой лампой, предназначенной для сварки линолиума с поливинилхлоридным покрытием (рис.2.31).

Рис.2.31 Схема устройства типа ПИЛАД

Силитовые стержни изготавливаются по принципу производства керамики путем обжига композиции из карбида кремния, кристаллического кремния и углерода. Концы стержней металлизируют, чтобы обеспечить возможность их подключения к источнику электрической энергии. Так как материал обладает большим удельным сопротивлением, то при пропускании электрического тока, стержни могут накаляться до 1527 К. При этом, спектр излучения имеет максимум на участке, соответствующем длинам волн 5-6 мкм, что позволяет разогреть свариваемый материал до необходимой температуры на расстоянии 10 мм от излучателя.

Излучатели из нихрома и жаропрочных хромистых сталей изготавливают в виде спирали из проволок диаметром 0,5-0,8 мм или ленты, наматываемых на кварцевую или фарфоровую трубку диаметром 8-10 мм. Ширина ленты обычно выбирается равной ширине шва. При потребляемой мощности 1,5-2 кВт температура нагрева хромоникелевых нагревателей составляет 1273-1373 К.