Установка УСМ-45 представляет собой универсальную свароч­ную установку, предназначенную для механизированной сварки фторсодержащих пленочных материалов термоконтактным, тер­моультразвуковым и ультразвуковым методами [30]. Благодаря возможности регулировать скорость сварки, температуру нагре­вательных элементов, а также параметры ультразвуковых коле­баний в широких пределах, установка может быть применена

И для сварки других полимерных материалов - поливинилхлорид­ного пластиката, полиэтилена, полиэтилентерефталата ц др.

В состав установки (рис. 4.8) входят сварочный узел 3, механизм перемещения сварочного узла й создания сварочного давления 9, механизм перемещения свариваемого материала в виде опорного ролика с приводом 5, блок управления 6, сварной каркас 10. Акустический узел состоит из магнитострик - ционного преобразователя из никеля с рабочим сечением пакета, обеспечивающим выходную мощность до 1,5 кВт, и трансформа­тора упругих колебаний, выполненного из стали 40Х. Узел снабжен сварочными инструментами с различными коэффициен­тами усилия.

Рис. 4.8. Ультразвуковая сварочная установка У С М-45: /-кронштейн; 2- подвижная штанга; і-сварочный узел; 4 - опорный ролик; 5 - нагреватель опорного ролика; б-блок управления; 7-блок терморегулятора; 8 - механизм перемещения свариваемого материала; 9-механизм создания сварочного давления; 10-сварной каркас; //-педаль перемещения сварочного узла

Рис. 4.9. Механизм подъема сварочной головки и создания сварочного давления

Установки У С М-45:

/ - подвижная штанга; 2- компенсирующая пружина; 3 - направляющая втулка; 4 - силом* пружина; 5 - стой­ка; 6 - педаль подъема

Механизм перемещения сварочного узла и создания свароч­ного давления (рис. 4.9) представляет собой рычажно-пружин­ный механизм, обеспечивающий плавное регулирование свароч­ного давления в пределах от 0 до 500 Н. Основными узлами механизма являются подвижная штанга 7, направляющая втулка 5, пружины 2 и 4, педаль подъема 6 и стойка рамы 5. При опущенной педали 6 сварочный узел, связанный жестко с подвижной штангой /, под действием своего веса и пружин 2 и 4 перемещается вниз до соприкосновения сварочного инстру­мента со свариваемыми деталями или опорной установкой. Сварочное усилие при этом представляет собой результирующую действия веса подвижной части механизма и действия пружин.

Механизм перемещения свариваемого материала (рис. 4.10) представляет собой опорный ролик 5, снабженный нагреватель­ным элементом 6, неподвижно закрепленным на каркасе, а также приводом в виде закрепленного в подшипниках вала 4, связан­ного посредством шестерен 1 с электродвигателем-редуктором 2. Электродвигатель постоянного тока позволяет регулировать скорость вращения опорного ролика в широких пределах. Для регулирования температуры в контакте с поверхностью ролика установлена хромель-копе левая термопара.

Блок управления обеспечивает поддержание в заданных пределах температуры нагревательных элементов, скорости перемещения свариваемого материала, а также параметров процесса ультразвуковой обработки зоны соединения во время сварки.

Перед началом сварки подают напряжение на нагревательные элементы, при достижении последними температуры сварки

12 3 4 5 6 Рис. 4.10. Механизм перемещения свариваемого материала: /-шестерня; 2-электродвигатель-редуктор; 3-корпус привода; 4-вал; 5-опорный ролик; 6-нагреватель- Ный элемент

Помещают свариваемый материал на разогретую опору и, отпуская педаль, прижимают свариваемые пленки, одновременно подавая ультразвуковые колебания. Под действием нагрева от контакта с нагретым инструментом и опорным роликом и ультразвуковых колебаний пленочный материал разогревается до температуры сварки и, перемещаясь относительно рабочих инструментов, выходит из зазора между ними, образуя сварное соединение. Использование ультразвуковых колебаний облегчает перемещение материала относительно инструмента, исключая деформацию свариваемых пленок. Краткие технические данные установки УСМ-45 приведены ниже.

TOC o "1-5" h z Мощность акустической головки, кВт 0,3; 1,5

Амплитуда колебаний инструмента, мкм 15—45

Рабочая частота, кГц 20

Сварочное давление, Н До 500

Интервал регулирования температуры, °С 100-420

Скорость сварки, м/мин 0,01-2,0

Толщина свариваемого материала, мм 0,05-1,5

Габариты установки, мм 1000 х 600 х 1400

Масса, кг 80

Конструкция крепления сварочного узла позволяет осущест­влять сварку наклонным инструментом, обеспечивая возмож­ность ультразвуковой сварки металлизированных пленок.

Установка У СМ-46 для сварки листового фторопласта-4. Сварочная установка УСМ-46 предназначена для термоультра­звуковой сварки листов фторопласта-4 встык со скосом и без скоса кромок [3] при непосредственном действии ультразвуко­вых колебаний на соединяемые поверхности в процессе их разогрева от температуры плавления кристаллической фазы до температуры сварки.

На сварном каркасе корпуса установки 5 (рис. 4.11) уста­новлены подвижные платформы, снабженные пневмоприводами, прижимами и двумя парами нагревательных элементов 1. В средней части каркаса размещена ультразвуковая сварочная головка 2, которая снабжена электроприводом для перемеще­ния ее по направляющим 3. Внутри каркаса размещены элеме­нты пневмопривода и электрической схемы управления установ­кой.

Нагревателями служат прямолинейные трубчатые электро­нагреватели (ТЭН), заключенные в стальную оболочку с каналом охлаждения. На одной из свободных плоскостей нагревателей закреплены термопары, электрически связанные с регулятором температуры, в качестве которого используют автоматический регулирующий потенциометр КСП-4, размещенный в нижней части каркаса. Крепление и конструкция нагревателей позволяют выполнять сварку стыковых и угловых соединений листового фторопласта-4 длиной до 350 мм.

І/

И-

Рис. 4.11. Установка УСМ-46 для термоультразвуковой сварки листового фторо­пласта~4:

/-линейные электронагреватели; 2 ~ ультразвуковая сварочная головка с ножевым волноводом; і-на­правляющие и привод перемещения ультразвуковой головки вдоль стыка; 4 - подвижные платформы для

Закрепления свариваемых листов; 5-корпус установки

Сварная головка с магнитострикционным преобразователем мощностью 0,4 кВт и резонансной частотой 20 кГц размещается в охлаждаемом водой бачке, который закреплен на подвижной платформе. Платформа с помощью винтовой передачи и элект­родвигателя может перемещаться по направляющей, располо­женной перпендикулярно направлению перемещения подвижных платформ установки. Акустическая головка снабжена ультра­звуковым инструментом ножевого типа.

Электрическая схема установки включает элементы регулиро­вания температуры нагревателей, автоматическое реле времени для управления процессом сварки, обеспечивающее последова­тельное выполнение операций нагрева свариваемых кромок, ультразвуковой их обработки в процессе нагрева, изотерми­ческой выдержки сжатых деталей и охлаждения стыка под давлением.

Пневмосистема установки обеспечивает подготовку воздуха и подачу его в систему установки, ручное и полуавтоматическое управление подвижными платформами и создание усилия осадки на сварном стыке. После разогрева нагревателей на подвижные тележки укладывают листы фторопласта, подготовленные к сварке, и зажимают их с помощью траверс и узлов нагружения нагревателей. Рукояткой управления пневмоприводом создается сварочное давление. При достижении температуры плавления

Кристаллической фазы полимера (327°С) по сигналу с потенцио­метра включается электродвигатель перемещения акустической головки и подается сигнал на включение ультразвуковых колеба­ний. При достижении температуры сварки ультразвуковые колебания отключаются, акустическая головка возвращается в исходное состояние и начинается изотермическая выдержка, по окончании которой реле времени отключает питание нагревате­лей и включает клапан подачи охлаждающего воздуха. После охлаждения стыка ниже температуры кристаллизации сваренные пластины освобождают от зажимов и листы вынимают из установки. Краткие технические данные установки УСМ-46 приведены ниже:

220

4 х 0,5 0,4 20,5 0-10 750 х 1150 х 1230 90

Напряжение питающей сети, В Мощность, кВт:

Нагревательных элементов акустического узла Рабочая частота, кГц Сварочное усилие, Н Габариты установки, мм Масса, кг

Установка предназначена для сварки листового фторопла­ста-4 при изготовлении элементов футеровки сосудов, рабо­тающих в агрессивных средах.

Установка УСМ-47Т для сварки трубопроводов. Термоультра­звуковая сварочная установка УСМ-47Т предназначена для сварки встык трубопроводов из фторопласта-4 диаметром

Рис. 4.12. Установка УСМ-47Т для термоультразвуковой свЬрки встык труб из Фторопласта-4: /-корпус установки; 2-ультразвуковая головка; І-кольцевые нагреватели; 4- теплопроводящее резони­рующее кольцо; 5 - механизм создания сварочного усилия; 6 блок управления и аппаратура термо­регулирования

50-120 мм и толщиной стенки 2,5-10 мм. Установка (рис. 4.12) включает кольцевые нагревательные элементы 39 снабженные разъемными гильзами из теплопроводного материала, механизм создания сварочного усилия 5, пластину для торцевого разогрева свариваемых кромок и передачи им касательных ультразвуковых колебаний, акустическую головку 2, сварную станину и блок питания нагревателей и управления установкой 6.

Узел нагревателей представляет собой пару разъемных гильз (рис. 4.13) с продольными прорезями, позволяющими компенси­ровать в процессе сварки термическое расширение материала трубопровода в радиальном направлении. Снаружи гильз распо­ложены разъемные кольца нагревателя, набранные из пальцевых нихромовых излучателей. Механизм создания сварочного давле­ния представляет собой пару калиброванных пружин сжатия, частично компенсирующих термическое расширение материала трубопроводов в осевом направлении.

В качестве акустического узла в установке использован унифицированный магнитострикционный преобразователь из никеля с резонансной частотой 20,5 кГц и выходной мощностью 1,5 кВт. Акустический узел снабжен ножевым инструментом и передающей ультразвуковые колебания тонкой пластиной.

Блок питания и управления установкой включает понижа­ющий трансформатор питания электронагревателя, реле време­ни, управляющее циклом сварки, регулирующую и коммути­рующую аппаратуру.

В процессе работы свариваемые участки трубопровода зажи­мают в теплопроводных гильзах, плотно прижимая соединяемые торцы к теплопроводной пластине. Затем замыкают кольцевые нагреватели, разогретые до температуры сварки, при этом с помощью реле времени включается ультразвуковой генератор и начинается нагрев сварного стыка. По окончании нагрева из зоны сварки удаляется торцовая пластина, ультразвуковой гене­ратор отключается и сжатые торцы свариваемых труб подвер­гаются изотермической выдержке. После этого внешние кольце-

Рис. 4.13. Конструкция кольцевого на­гревателя для сварки фторопластовых

Труб:

/-разъемный кольцевой нагреватель; 2 гильза из упругого теплопроводного металла; 3 - участок сва­риваемой трубы

Вые нагреватели размыкаются, а сварной стык охлаждается на воздухе вместе с гильзами. При достижении температуры 300-330°С гильзы и сваренное соединение вынимают из сва­рочного устройства. Краткие технические данные установки УСМ-47Т приведены ниже:

TOC o "1-5" h z Мощность, потребляемая из сети, кВт ^ 4

Напряжение питающей сети, В 220

Частота питающей сети, Гц 50

Рабочая частота, кГц 20,5

Мощность акустического узла, кВт 1,5

Сварочное давление, МПа 0,2-0,5

Интервал регулирования температуры, 100-420

°С

Габариты установки, мм 1540 х 1200 х 400

Масса, кг 56

Установка предназначена для работы в ремонтных цехах нефтеперерабатывающих предприятий.

Установка У СМ-48 для сварки тонкостенных труб из фторо- пласта-4Д. Установка типа У СМ-48 создана авторами совместно с Н. Е. Дмитриевым и С. А. Старковым и представляет собой полуавтомат, обеспечивающий термоконтактную сварку в авто­матическом режиме концов труб, собранных предварительно враструб. Установка состоит из размещенного на сварном каркасе (рис. 4.14) узла сварочной головки, включающего разъ­емные кольцевые нагреватели, подпружиненные в осевом направ­лении рычажные зажимы со сменными обоймами в виде полу­колец, пневмопривод для зажатия свариваемых заготовок, крон­штейн со штангой, на которой закрепляется распорная оправка, помещаемая внутрь свариваемой трубы. На полукольцах зажим-

Рис. 4.14. Установка для сварки тонкостенных труб из фторопласта-4Д: /-корпус установки; 2-разъемные теплопроводные гильзы внешнего нагрева; І-внутренняя теплопровод­ная гильза; -/-внешний нагреватель; 5-внутренний нагреватель

Ного механизма укреплены замки для удержания полуколец нагревателя, управляемые с помощью электромагнитов.

Блок управления установкой выполнен в виде отдельного шкафа, который связан через электроразъемы с основной уста­новкой и может устанавливаться в стороне от нее или навеши­ваться на установку. Блок управления включает силовой пони­жающий трансформатор для питания нагревательного устройст­ва, многопозиционный регулятор времени для управления цик­лом сварки, автоматический регулирующий потенциометр КСП-4 для регулирования и поддержания заданной температуры. Установка снабжена также местным отсосом продуктов разло­жения свариваемого материала.

Собранные враструб тонкостенные фторопластовые трубы помещают в рабочее пространство нагревательного устройства и фиксируют там с помощью пневмозажима. Одновременно с зажимами вокруг зоны соединения смыкают и полукольца внешнего нагревателя, после чего внутрь заготовки вводят укрепленную на штанге цилиндрическую оправку. С внешней стороны трубы между ее поверхностью и излучающей поверх­ностью нагревателя также располагается оправка. Зазор между внешней и внутренней оправками зависит от толщины стенок свариваемых труб. После нагрева зоны сварки включается реле времени и начинается отсчет времени изотермической выдержки, затем срабатывают электромагниты защелок и с раскрытием полуколец нагревателя отключается обогрев, после достижения температуры кристаллизации размыкают зажимы и освобож­дают сваренную заготовку.

Для сварки труб различных диаметров установка снабжена комплектами сменных вставок в зажимы и наборов соответст­вующих гильз. Краткие технические данные установки У СМ-48 приведены ниже:

TOC o "1-5" h z Напряжение питающей сети установки, В 220

Потребляемая мощность, кВт 2,5

Напряжение питания нагревателей, В 36

Температура нагревателей, °С До 500

Интервал диаметров свариваемых труб, мм 75-200

Габариты установки, мм 20050 х 600 х 1560

Масса, кг 120

Установка комплектуется также специальным устройством для калибрования трубных заготовок перед сваркой и формова­ния раструбного соединения заготовок. Устройство представляет собой кольцевой нагреватель, снабженный сменными оправками соответствующих диаметров и конфигурации. Нагреватель за­креплен на отдельном каркасе и имеет свой трансформатор для питания электронагревателя и терморегулирующее устройство.