Способ изготовления деталей стыковым свариванием толстых термопластовых заготовок неподвижным позисторным сварником
Изобретение относится к области сваривания пластмасс, а именно к изготовлению изделий стыковым свариванием толстых термопластовых заготовок с использованием электрообогреваемого сварочного инструмента. В способе изготовления изделий стыковым свариванием в щеки вертикально расположенного нагретого полоза неподвижного позисторного сварника, лежащего на столе, упирают руками заготовки их подлежащими свариванию поверхностями до их размягчения. Заготовки упирают в противоположные щеки так, чтобы не было крутящего момента на полозе и с небольшими силами, достаточными только для удаления воздуха между размягченными торцами. Быстро отделяют эти поверхности от полоза и стыкуют их до их слияния и возникновения стыкового шва благодаря затвердеванию из-за охлаждения. Для этого заготовки сводят от полоза вдоль столешницы и стыкуют их с опорой рук на столешницу или удаляют полоз из зазора между заготовками и сводят заготовки поверхностями, подлежащими свариванию. Описаны различные действия для осуществления этого способа, но всегда сварник остается неподвижным до размягчения поверхностей, подлежащих свариванию. Техническим результатом является возможность изготовления деталей свариванием толстых заготовок благодаря нагреванию сварником именно тех поверхностей, которые подлежат свариванию. 2 з.п.ф-лы.
Предлагаемое изобретение относится к свариванию пластмасс, к соединению термопластичных материалов с использованием электрообогреваемого сварочного инструмента, а именно, к стыковому свариванию толстых заготовок с помощью позисторного сварника.
Известен только один аналог (отдаленный), поэтому он принят в качестве прототипа: способ изготовления деталей стыковым свариванием термопластовых заготовок неподвижным позисторным сварником, при котором изготавливают заготовки и заменяемые башмаки на полоз сварника, нагревают полозом или башмаком подлежащие свариванию поверхности до размягчения, совмещают их до слияния, удерживают их в таком положении до затвердевания из-за охлаждения и освобождают сваренную деталь (Николаев Ю.Д. и др. "Способ сварки термопластов, устройство для его осуществления и ручной сварочный инструмент", патент РФ №2048985, МКИ В 29 С 65/18, 1994/95 г.). По прототипу вырезают из пленки тонкие заготовки, на твердую плоскую не смачиваемую размягченными заготовками опору кладут рядом тонкие заготовки ("тонкая заготовка" - это заготовка столь малой толщины, что при попытке стыкования с другой заготовкой при свободном стыкуемом крае в нем возникают поперечные и продольные изгибы; поверхность, подлежащая свариванию, в виде торца, поворачивается, стыкование происходит не по всему торцу, а по ребру, что приводит к бракованному шву, или края располагаются внахлест, что исключает стыковое сваривание, а стыкование всегда происходит с силовым упиранием торцев). Сближают заготовки до касания некоторых точек на торцах краев, накладывают на заготовки теплопроводную прокладку, не смачиваемую размягченными заготовками, и прижимают ее нагретой почти до верхней границы температурной области размягчения заготовок подошвой (в прототипе она названа "рабочей поверхностью", в заявке она названа "подошвой", чтобы отличить ее от поверхностей, подлежащих свариванию) полоза одновременно на оба края заготовок, подлежащие свариванию, размягчают их, сминают встречно их торцы, подлежащих свариванию, до слияния(но нажимают не с излишней силой, которая продавит прокладку до опоры), удаляют сварник, ждут до затвердевания шва, снимают прокладку, снимают сваренную деталь. По прототипу стыковое сваривание возможно из-за того, что края заготовок, лежащие рядом, не свободны, а зажаты между подошвой и опорой через прокладку, кроме того, позистор способен сам точно поддерживать свою температуру, как будто в нем есть бесконтактная автоматическая система поддержания температуры, поэтому края заготовок не перегреваются и не продавливаются насквозь, это позволяет сварщику повторять условия сваривания, найденные пробными свариваниями.
Недостаток прототипа - невозможность изготовления деталей стыковым свариванием толстых заготовок, хотя бы равнопрочных заготовкам, а во многих случаях - невозможность сваривания деталей из таких заготовок. "Толстая заготовка" - это заготовка такой значительной толщины, при которой при стыковании свободного конца (края) заготовки не вызывает в нем продольный и поперечный изгибы, следовательно, торцы не повернутся и обеспечат сопряжение торцев по всей площади. Однако концы толстых заготовок, например цилиндрических стержней, подошва не в состоянии прогреть насквозь, поэтому сваривание произойдет на небольшом (верхнем) сегменте торца, а если сильно нажимать, концы будут сплющены до толщины тонких заготовок и расширены, следовательно, изготовить из коротких стержней, тем более коротких труб, длинный стержень и трубу невозможно.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. возможность изготовления деталей свариванием толстых заготовок благодаря нагреванию сварником именно тех поверхностей, которые подлежат свариванию.
Для достижения технического результата в способе изготовления деталей стыковым свариванием термопластовых заготовок неподвижным позисторным сварником, при котором изготавливают заготовки и заменяемые башмаки на полоз сварника, нагревают полозом или башмаком подлежащие свариванию поверхности до размягчения, совмещают их до слияния, удерживают их в таком положении до затвердевания из-за охлаждения и освобождают сваренную деталь, согласно предлагаемому изобретению, изготавливают толстые заготовки, упирают их в противоположные щеки полоза поверхностями, подлежащими свариванию, до размягчения, быстро отделяют их от щек, стыкуют и удерживают в таком положении до затвердевания стыкового шва; кроме того, изготавливают башмак с более широкими плоскими щеками и теплоизоляторами на всех остальных наружных поверхностях, плотно скрепляют его с полозом, заготовки упирают в щеки башмака; далее, изготавливают башмак с вогнутой и выпуклой щеками.
"Щека" - это широкая боковая грань полоза или башмака.
Описание заявленного способа. Описаны только основные действия, действия, известные из уровня техники, например изготовление заготовок и башмаков, и логично следующие из настоящего описания, которые могут не упоминаться, но могут быть включены в окончательный текст в случае положительного решения по желанию эксперта; названия деталей, явлений, известные из уровня техники, не раскрываются. Все номера позиций взяты из прототипа, если после названия нет номера позиции, значит оно понятно из уровня техники или этого описания.
Описание действий по п.1 формулы на примере сваривания заготовок в виде прямых толстых стержней (трубок), торцы которых полностью умещаются на щеках.
Кладут сварник щеками вертикально на стол, включают позистор 8, стержни упирают встречно в противоположные щеки, так чтобы не было крутящего момента на полозе, упирают с небольшими силами, достаточными только для удаления воздуха между размягченными торцами, приподнимают полоз благодаря трению между полозом и неразмягченными торцами. Когда торцы размягчатся, полоз соскользнет вниз, так как сухое трение превратилось почти в жидкостное, стержни быстро стыкуют их освободившимися торцами, размягченные торцы сливаются своими выпуклыми поверхностями, образованными силами поверхностного натяжения, начиная с точки касания, вокруг образуется перетяжка, при сближении перетяжка превращается в валик на боковой поверхности в месте стыка. Заготовки держат так до охлаждения и затвердевания сварного шва. Изготовлена деталь, шов которой равнопрочен с заготовками (при равных поперечных сечениях), так как пленка поверхностного натяжения предотвратила попадание воздуха и влаги в шов, границы между швом и заготовками (бывшими) нет. Основной, причем наглядный отличительный признак заявленного способа: в прототипе 2 действия совмещены (нагревание и слияние торцев), в заявленном способе они разделены по времени (сначала нагревание, а после его прекращения - слияние), хотя вторые действия тоже отличны: в прототипе торцы для слияния не упирают друг в друга, а встречно сминают, в заявленном способе их стыкуют, т.е. упирают друг в друга.
Примеры выполнения способа по п.1.
Заготовки имеют различные формы: изогнутые и угловые стержни и трубки, их торцы не обязательно перпендикулярны их осям. Если на щеках образуются валики вокруг торцев, а полоз не выскальзывает, то уменьшают силы стыкования до соскальзывания полоза. Заготовки упирают в щеки боковыми поверхностями, а затем стыкуют их, изготавливая угловые и крестовые изделия. Щеки покрыты временной предохранительной прокладкой, например, из пленки с более высокой температурой размягчения, особенно фторопластовой, или выполнено фторопластовое покрытие, тогда весь размягченный термопласт остается на стыкуемых поверхностях. На столе размещают соосно направляющие для заготовок с зазором для полоза, после соскальзывания полоза заготовки сдвигают до упора по направляющим, выполненным, например, в виде желобков, имеющих форму двугранного угла, такие направляющие подходят для всех цилиндрических стержней с поперечным сечением, умещающихся на щеке, а также для стержней других сечений. Сварник закрепляют над столом рукоятью в тисках, щеки вертикальны, при образовании на них валиков заготовки приподнимают и стыкуют; щеки горизонтальны, на верхнюю щеку ставят заготовки, при образовании упомянутых валиков заготовки стыкуют. К щекам прижимают не торцы, а боковые поверхности заготовок, и изготавливают угловые детали, кресты и т.д. Для изготовления цепи изготавливают заготовки в виде частей звена, например, в виде полузвеньев различной формы, полуколец, П-образных и т.д., два полузвена упирают торцами в щеки симметрично и сваривают, как описано, в изготовленное 1-е звено вставляют 1-е полузвено 2-го звена и так же сваривают с его 2-м полузвеном. Так же изготавливают все звенья. Цепи изготавливают замкнутыми, ветвящимися, сетчатыми и т.д., вплоть до кольчуги. Если оба торца полузвена не помещаются на одной щеке, одну ветвь каждого звена симметрично упирают в щеки и сваривают, раздвигают торцы 2-х полузвеньев при достаточной податливости полусваренного звена, вводят в зазор между торцами полоз, устраняют силы раздвигания торцев, силы упругости прижимают торцы к нагретым щекам, раздвигают торцы, удаляют полоз, освобождают звено, силы упругости сами стыкуют размягченные торцы и они свариваются. При раздвигании торцев они окажутся не параллельными, поэтому упрутся в щеки внутренними ребрами, однако благодаря их размягчению они будут размягчены по всей поверхности, а после самостыковки будут сварены по всему поперечному сечению. Полузвенья большого диаметра благодаря большей податливости изгибают так, чтобы их 2-е торцы были параллельны и упирались с самого начала всей поверхностью торцев в щеки.
Действия по п.2 формулы. Для сваривания заготовок, торцы которых не умещаются на щеках полоза, изготавливают сменный башмак с более широкими плоскими щеками, насколько хватает мощности позистора, а такой запас у него есть, поскольку он был рассчитан на сваривания длинных швов скольжением с предусмотренным снижением температуры конца подошвы с помощью хвостовика; при стыковом сваривании охлаждать полоз не нужно. Остальные наружные поверхности башмака покрывают теплоизолятором.
Сочетанием действий по пп.1 и 2 можно изготовить различные технические изделия, например из полузвеньев сваривать замкнутые и др. цепи; если оба торца полузвена не помещаются даже на широкой щеке, сваривают оба полузвена с помощью 2-х сварников одновременно, из стержней - решетчатые изделия, в т.ч. декоративные из разноцветных стержней, дуг и т.д., также восстанавливать такие изделия. Благодаря податливости даже в решетчатом изделии можно расширить трещину, можно вставить туда полоз или сделать башмак с тонким гребнем, выступающим из подошвы, и вставлять его в трещину, размягчая ее стенки, а при вынимании гребня за ним останется сплошная деталь, т.е. восстановленная.
Действия по п.3 формулы. Для сваривания заготовок с неплоскими торцами, например одна заготовка с вогнутым торцем, а другая - с выпуклым большей кривизны, изготавливают башмак с соответствующими формами щек. Торцы заготовок иногда могут быть плоскими, щеки сами сделают нужные формы торцев. Так можно изготавливать тарельчатые электроизоляторы с большим сопротивлением поверхностного пробоя и декоративные изделия в виде подвесок из "тарелок" разных цветов.
Сочетанием действий по 3-м пунктам формулы можно сваривать разнообразные детали, например толстые заготовки с тонкими, например к тонкой термопластовой занавеске можно приварить толстые ушки или кольца для подвешивания занавески: на опору кладут край занавески местом будущего приваривания кольца, в лежащее кольцо упирают конец металлического ухвата с 8-ю пружинными захватами, они раздвигаются и ухватывают кольцо, его прижимают к щеке до появления вокруг него валика, быстро переносят кольцо на занавеску и прижимают кольцо к занавеске до затвердевание шва (металлический ухват предотвращает размягчение всего кольца), ухват отклоняют от нормали к кольцу, захваты освобождают кольцо, ухватом ухватывают следующее кольцо. Во всех случаях края швов на деталях могут быть заглажены скольжением подошвы.
На основе использования этого способа можно разрабатывать совершенно новые изделия и создать новые направления в декоративном искусстве.
Способ в основном предназначен для ремесленников, умельцев и малых предприятий, однако позисторные сварники могут быть встроены в устройства для серийного производства, например в роторные линии.
1. Способ изготовления деталей из термопластических заготовок стыковочным свариванием позисторным сварником, при котором изготавливают толстые заготовки, изготавливают заменяющие башмаки на полоз сварника, устанавливают позисторный сварник неподвижно, торцы заготовок упирают в противоположные щеки полоза или башмака поверхностями, подлежащими свариванию так, чтобы не было крутящего момента на полозе, и с небольшими силами, достаточными только для удаления воздуха между размягченными торцами, нагревают их полозом или башмаком позисторного сварника до размягчения, быстро отделяют торцы от щек, быстро стыкуют их освободившимися торцами, размягченные торцы сливаются своими поверхностями, заготовки держат так до охлаждения и затвердевания сварного шва и освобождают сваренную деталь.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изготавливают башмак с более широкими щеками и теплоизоляторами на всех остальных наружных поверхностях и плотно скрепляют его с полозом.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что изготавливают башмак с плоскими или вогнутыми и выпуклыми щеками.
