Способ площадного сваривания деталей из термопластовых заготовок позисторным сварником

Изобретение относится к области сваривания пластмасс, а именно к изготовлению деталей свариванием тонких заготовок, в том числе с более толстыми заготовками с помощью электрообогреваемого инструмента в виде позисторного сварника. Вырезают нижнюю и верхнюю заготовки, временную предохранительную прокладку, выходящую за границы будущего шва из прозрачной бесцветной пленки, из упругой теплопроводной пленки и подкладку из упругого плоского материала. На опору кладут последовательно подкладку, не смачиваемую размягченными заготовками, нижнюю и верхнюю заготовки и временную предохранительную прокладку, также не смачиваемую размягченными заготовками. Затем ведут с нажимом по прокладке рабочую поверхность полоза позисторного сварника, нагретую до температуры, близкой к верхней границе области размягчения заготовок, длинной стороной вперед, а не узкой. При этом рабочая поверхность полоза сварника перемещается с нажимом, достаточным только для безвоздушного сопряжения свариваемых участков, со скоростью, обеспечивающей слияние размягченных свариваемых поверхностей, оставляя за рабочей поверхностью полоза сварника охлаждающийся сварной шов. Проверяют качество сварного шва, появляющегося из-под задней стороны рабочей поверхности сварника зрительно. В случае появления пятен от воздушных прослоек на общем фоне сварного шва повторно ведут рабочей поверхностью полоза сварника по участку с браком с большим нажимом и меньшей скоростью до устранения пятен. Повторяют эти действия от начала сварного участка шва в противоположных направлениях, а затем - в остальных. Получают деталь с участком почти двойной толщины. В результате изготавливают различные детали различной конструкции различного назначения: многослойные, с утолщениями, с криволинейными поверхностями и т.д. Технический результат способа - сваривание пленок и заготовок по большой площади и изготовление деталей большей толщины и прочности.

 

Предлагаемое изобретение относится к свариванию пластмасс, к соединению термопластичных полимерных материалов с использованием электрообогреваемого сварочного инструмента, а именно к свариванию заготовок по большой площади, т.е. к площадному свариванию.

Известен способ сваривания термопластовых пленочных заготовок внахлест, при котором свариваемые заготовки кладут на опору, покрывают место будущего сварного шва временной предохранительной прокладкой в виде ленты из теплопроводной пленки большей ширины, чем будущий шов, не размягчаемой сварником и не смачиваемой размягченными заготовками, нагревают зону сваривания путем перемещения по ней нагретого полоза с приложением при этом давления и охлаждают шов (Семячкин С.Е. Сварка пластмасс в строительстве. М.: Изд-во лит-ры по строит-ву. 1968, с.с.60, 61, 138, 139).

Недостатки аналога:

1. Узкий сварной шов, ибо его создает узкий полоз сварника.

2. Малая производительность из-за небольшой скорости перемещения полоза, ибо его нагревает металлический нагревательный резистор с большим сопротивлением, поэтому по нему течет небольшой ток, медленно его нагревает, сопротивление растет, нагревание замедляется, т.е. резистор медленно восполняет уход тепла на нагрев заготовок, поэтому сварщик вынужден медленно перемещать полоз.

В качестве прототипа выбран способ сваривания деталей из термопластовых заготовок позисторным сварником, при котором вырезают нижнюю и верхнюю заготовки и временную предохранительную прокладку из теплопроводной упругой пленки, не размягчаемой сварником и не смачиваемой размягченными заготовками, кладут на опору заготовки, накрывают место будущего сварного шва прокладной, прижимают ее к опоре для предотвращения ее увлечения рабочей поверхностью полоза сварника, ведут по прокладке с нажиманием на рабочую поверхность, нагретую до температуры ниже верхней границы температурной области размягчения заготовок на технологический допуск, со скоростью, обеспечивающей слияние размягченных свариваемых поверхностей, оставляя за рабочей поверхностью охлаждающийся сварной шов, после охлаждения шва до затвердевания снимают с него прокладку (Николаев Ю.Д. и др. Способ сварки термопластов, устройство для его осуществления и ручной сварочный инструмент. Пат. РФ №2048985, МКИ В 29 С 65/18, 1994/95).

По прототипу вырезают заготовки из тонких термопластовых пленок одинаковой толщины (поскольку он был разработан для сваривания тонких пленок) и временную предохранительную прокладку в виде ленты большей ширины, чем будущий сварной шов, из теплопроводной пленки, не смачиваемой размягченной заготовкой. Кладут на опору (все номера позиций взяты из описания прототипа) нижнюю и верхнюю заготовки, накрывают место будущего шва прокладкой, нажимают вручную на ее начало и конец для предотвращения ее увлечения рабочей поверхностью полоза сварника из-за силы трения. Ведут по прокладке поверхность, нагретую до температуры ниже верхней границы температурной области размягчения заготовок, на технологический допуск ("технологический допуск" - это разность температур между верхней границей температурной области размягчения и наибольшей температурой поверхности, которая гарантирует во время сваривания недостижение упомянутой верхней границы размягчения) по линии будущего шва, причем ведут ось симметрии поверхности по этой линии, прижимая поверхность к прокладке с силой, достаточной для плотного сжатия всех поверхностей под поверхностью, чтобы обеспечить возможно большую скорость перехода теплового потока до верхней поверхности нижней заготовки, а следовательно, и возможно большую скорость сваривания. Возможное уменьшение толщины шва до толщины заготовки не вызывает беспокойства, ибо прочность сваренной детали определяет тонкая заготовка, а не толщина более толстого шва. Для высокой скорости сваривания необходимо, кроме того, быстрое возмещение тепла, уходящего из передней части поверхности непрерывно во все новые участки заготовок, на которые наползает поверхность. И здесь проявляется преимущество позисторного сварника: поверхность нагревает тепловой поток, возникший в нагревательном позисторе, который представляет собой таблетку из керамики на основе титаната бария, зависимость его сопротивления от температуры наилучшим образом соответствует назначению сварника, ибо в области климатических температур он имеет небольшое сопротивление (порядка 1 Ом), при подаче напряжения в нем течет большой ток, быстро его нагревает, а его сопротивление даже несколько снижается, ток растет и еще быстрее нагревает, но при достижении температуры обратимого фазового превращения (в 1-м приближении это - переход микрокристаллов титаната бария из одной кристаллографической системы с малым удельным сопротивлением в другую - с большим сопротивлением) его сопротивление резко возрастает на 3...4 порядка, ток резко падает и не может перегреть позистор, но при его охлаждении сопротивление резко падает, ток резко растет, поэтому позистор способен сам поддерживать температуру, как будто в нем есть автоматическая бесконтактная система поддержания температуры. Поэтому позистор обеспечивает быстрое возмещение потерь на нагрев очередных мест сварного шва, а сварщик может вести сварник с большей скоростью, чем при способе-прототипе.

Недостаток прототипа - узкий сварной шов из-за узкой поверхности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. сваривание пленок по большой площади, а следовательно, изготовление деталей большей толщины и прочности благодаря движению поверхности не вдоль ее продольной оси, а в боковом направлении.

Этот технический результат достигается тем, что в способе сваривания деталей из термопластовых заготовок позисторным сварником, при котором вырезают нижнюю и верхнюю заготовки и временную предохранительную прокладку из теплопроводной упругой пленки, не размягчаемой сварником и не смачиваемой размягченными заготовками, кладут на опору заготовки, накрывают место будущего шва прокладкой, прижимают ее к опоре для предотвращения ее увлечения рабочей поверхностью полоза сварника, ведут по прокладке с нажиманием на рабочую поверхность, нагретую до температуры ниже верхней границы температурной области размягчения заготовок на технологический допуск, со скоростью, обеспечивающей слияние размягченных свариваемых поверхностей, оставляя за рабочей поверхностью охлаждающийся сварной шов, после охлаждения шва до затвердевания снимают с него прокладку, согласно предлагаемому изобретению вырезают выходящую за границы будущего площадного шва подкладку из упругого плоского материала, не смачиваемого размягченными заготовками, вырезают выходящую за границы будущего шва прокладку из бесцветной прозрачной пленки, кладут на опору подкладку, заготовки и прокладку, ведут по ней рабочую поверхность в боковом направлении длинной стороной вперед с нажиманием, достаточным только для безвоздушного сопряжения свариваемых участков, проверяют качество сварного шва, появляющегося из-под задней стороны рабочей поверхности, зрительно, в случае появления пятен из воздушных прослоек на общем фоне сварного шва, повторно ведут рабочую поверхность по участку с браком с большим нажиманием и меньшей скоростью до устранения пятен, кроме того, нижнюю заготовку вырезают из толстого термопласта, а также опору, подкладку заготовки и прокладку выполняют по форме будущей детали.

Описание способа. Описаны основные действия; действия, известные из уровня техники и понятные из этого описания, например подготовительные и т.д., могут не упоминаться, но могут быть добавлены в окончательный текст в случае положительного решения по желанию эксперта. Все номера позиций взяты из описания прототипа. Если после названия нет номера позиции, значит, оно понятно из уровня техники и этого описания. Вырезают заготовки, например, из тонкой полиэтиленовой пленки, т.е. из пленки такой толщины, что верхняя заготовка успевает во время сваривания прогреться насквозь до размягчения и нагреть до размягчения верхний слой нижней заготовки. Вырезают временную подкладку, предназначенную для предотвращения смачивания опоры размягченными заготовками во время их сваривания, из упругой не размягчаемой и не смачиваемой размягченными заготовками, например, из пропиленовой пленки; подкладка выходит за границы будущего площадного сварного шва. Вырезают временную прокладку, предназначенную для предотвращения смачивания поверхности размягченными заготовками и уменьшения вдавливания в них поверхности, а также для наблюдения за качеством площадного шва во время сваривания, прокладку вырезают из такой же пленки, как для подкладки, но бесцветной прозрачной; прокладка тоже выходит за границы будущего шва. На опору кладут подкладку, заготовки, прокладку, включают сварник, после достижения заданной температуры поверхностью прижимают прокладку по краю к опоре (в конечном счете) вручную, прижимают поверхность к прокладке в средней части будущего шва с силой, достаточной только для безвоздушного сопряжения свариваемых участков под поверхностью, ведут поверхность с той же силой в боковом направлении длинной стороной вперед, со скоростью, обеспечивающей только прогрев до размягчения части верхней поверхности нижней заготовки, наблюдают за однородностью фона, появляющегося за задним краем поверхности участка шва в отраженном или проходящем свете, выводят поверхность за край верхней заготовки, выполняя плавный переход верхней поверхности верхней заготовки в верхнюю поверхность нижней заготовки. Повторяют эти действия от начала сваренного участка шва в противоположном направлении, а затем в остальных направлениях; возникла деталь с участком почти двойной толщины. Если на площадном шве позади заднего края поверхности замечают пятно более темного или светлого оттека, значит, в этом месте есть прослойка воздуха между заготовками; для устранения брака отводят поверхность назад без нажимания и повторяют сваривание на месте пятна с несколько большим нажиманием и меньшей скоростью, передний край поверхности заставляет прослойку воздуха прорвать верхнюю заготовку и выйти, а при дальнейшем движении образовавшаяся дыра будет заварена. Нажимание и движение сварника выполняют без измерительных приборов, поэтому называть числовые значения физических величин при этом способе нелогично, сварщик находит их опытными сварками для каждых условий сваривания. Исходя из цели предлагаемого изобретения - повышения толщины и прочности детали, выше описаны особенности действий по сравнению с прототипом, чтобы получить ровную поверхность приваренной верхней заготовки.

Некоторые видоизменения описанного варианта. Опора и подкладка выполнены прозрачными бесцветными, тогда опору можно освещать снизу или закрепить наклонно для осмотра шва в проходящем свете. Можно наваривать заплатки для устранения дырок в полотнищах. Можно сваривать многослойные детали для решения технических задач и для изготовления предметов декоративно-прикладного искусства в виде ступенчатых многослоек, выглядящих подобно картинам, в т.ч. цветным.

Пояснения к п. формулы. Нижнюю заготовку вырезают из толстой пластины, т.е. изготавливают толстую заготовку. Толстая заготовка - это заготовка такой толщины, при которой во время сваривания успеет размягчится только ее верхний слой, поэтому поверхность почти не будет вдавливаться в нижнюю заготовку, продавливая верхнюю заготовку. Так можно приварить к верхнему краю тонкой термопластовой занавески, например, для ванной комнаты толстые ушки для подвешивания этой занавески. Подкладка в таких случаях не нужна. Пояснения к п.3 формулы. Изготовление фигурных (не плоских) деталей. Здесь может быть большое разнообразив действий, их можно разделить на 2 класса: в 1-м - сваривание тонких заготовок, во 2-м классе - приваривание к нижней толстой заготовке верхней тонкой заготовки, В 1-м классе нужно изготовить опору (не обязательно термопластовую), подложку, заготовки и прокладку таких форм, чтобы они позволяли сваривать заготовки, их изготавливают известными способами (литьем, раздуванием и т.д.). Во втором классе опора может быть в виде стола, в виде держателя толстой заготовки и т.д., подкладка может быть не нужна, ибо верхняя тонкая заготовка может сопрягаться только с толстой нижней заготовкой. Изделие с гранями можно сваривать описанным сварником без башмака с плоской прокладкой, а для сваривания деталей с криволинейными поверхностями следует изготовить башмак соответствующей формы, например, для наваривания пленки на толстый полуцилиндр следует изготовить башмак и вести его не вокруг оси полуцилиндра, как в прототипе, а параллельно оси. Могут быть различные сочетания описанных здесь действий для решение новых задач, в т.ч. силами ремесленников и малых предприятий, для изготовления привлекательной упаковки товаров различного вида и т.д. Для повышения срока службы ушек для крепления занавесок в их отверстия могут быть вдавлены нагретой поверхностью металлические кольца. При изготовлении заготовок могут быть использованы сварники: для "вырезания" заготовок из тонких пленок следует наклонить сварник и продавить ребром плоскости пленку насквозь до опоры, толстую пластину можно продавить насквозь нагретой поверхностью.

1. Способ сваривания деталей из термопластовых заготовок позисторным сварником, в котором вырезают нижнюю и верхнюю заготовки, временную предохранительную прокладку, выходящую за границы будущего шва из прозрачной бесцветной пленки, из теплопроводной упругой пленки, не размягчаемой сварником и не смачиваемой размягченными заготовками, а также выходящую за границы будущего площадного шва подкладку из упругого плоского материала, не смачиваемого размягченными заготовками, кладут на опору подкладку, заготовки и накрывают место будущего сварного шва прокладкой, прижимают ее к опоре для предотвращения ее увлечения рабочей поверхностью полоза сварника, ведут по прокладке рабочей поверхностью полоза сварника в боковом направлении длинной стороной вперед с нажимом, достаточным только для безвоздушного сопряжения свариваемых участков, нагретой рабочей поверхностью полоза до температуры ниже верхней границы температурной области размягчения заготовок на технологический допуск, со скоростью, обеспечивающей слияние размягченных свариваемых поверхностей, оставляя за рабочей поверхностью полоза сварника охлаждающийся сварной шов, проверяют качество сварного шва, появляющегося из-под задней стороны рабочей поверхности полоза сварника зрительно, в случае появления пятен от воздушных прослоек на общем фоне сварного шва повторно ведут рабочей поверхностью полоза сварника по участку с браком с большим нажимом и меньшей скоростью до устранения пятен, повторяют эти действия от начала сварного участка шва в противоположном направлении, а затем - в остальных направлениях, и получают деталь с участком почти двойной толщины, после охлаждения шва до затвердевания снимают с него прокладку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нижнюю заготовку вырезают из толстого термопласта.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что опору, подкладку заготовки и прокладку выполняют по форме будущей детали.