Высокочастотная сварка
Способ основан на диэлектрическом нагревании приведенных в контакт свариваемых материалов [136, с. 130; 137, с. 3$; 240]. Сварка возможна с применением присадочного материала или без него. К. достоинствам способа относятся: высокая скорость и равномерность нагрева, возможность локального подвода тепла. Она проводится между металлическими, электродами-обкладками конденсатора, включенного в колебательный контур лампового генератора, преимущественно по прессовой схеме. Этим' методом изготавливают швы внахлестку и Т-образные швы. Кроме подвода электрической энергии к зоне шва инструменты (электроды) вьн полняюг роль элементов, передающих давление на Материал и ^охлаждающих его поверхность. Если электроды повторяют конфигурацию шва, то этот шов можно сварить одновременно по всему периметру. Для изделий с большой протяженностью швов применяется последовательная схема сварки.
Для сварки толстостенных деталей встык применяют схемы с односторонним или двухсторонним расположением электродов [136, с. 139].
Высокочастотной сваркой получают конструкций Ш Полимерных материалов, коэффициент диэлектрических потерь которых е'^О. О! (поливинилхлорид, фторсодержащие полимеры, поливинилиденхлорид, полиамиды,, полиакр. илаты, эфиры целлюлозы, полиуретаны, сополимеры типа АБС, частично отвержденные реактопласти и резины).
Для сварки материалов с низким е", например полиолефинов, электроды покрывают материалом с высоким б" (поливинилхлоридом, прессшпаном). В этом случае сварку называют'[138] контактно-диэлектрической. Контактно-диэлектрический нагрев был применен при химической сварке пленок полиэтилентерефталата [207].
Иногда прокладку из материала, нагревающегося в поле ТВЧ, вводят между соединяемыми пластмассами [241]. Например дифенил [242] или. волокнистый целлюлозный материал типа бумаги, содержащий 5—8% воды [243], вводят между свариваемыми полиолефинами. Легкоплавкий присадочный материал применяют при сварке синтетических тканей [180]; прослойку из модифицированного пентапласта используют при сварке пен - тапласта [244т].
Определенные затруднения при сварке в поле токов высокой частоты вызывает контроль температуры в зоне шва. С достаточной "точностью ее можно измерить дифференциальной термопарой,[245], основной спай которой помещают между свариваемыми пленками, а компенсирующий — между пленками высокочастотного диэлектрика (например, фторопласта-4). Были предприняты попытки определения температуры путем аналитического решения уравнения теплопроводности для лолу - бесконечной пластины [246].
Наиболее важными технологическими параметрами такой сварки являются напряженность электрического поля, давление и продолжительность нагревания, которые обычно устанавливают экспериментально [137, с, 41].
Многие из генераторов ТВЧ не имеют приборов, измеряющих энергию или регистрирующих характер ее изменения в течение рабочего цикла. В работе [247] описана аппаратура, которая позволяет оценивать во времени основные электрические характеристики сварочного процесса (подводимую мощность, напряжение).
Высокочастотные сварочные установки не обеспечивают регулирования частоты электрических колебаний, и она остается практически постоянной в процессе сварки (13,56 МГц±0,05%, 27,12 МГц ±0,6% или
40,68 МГц+0,05%).
Было установлено, что при частотах 120 и 150 МГц можно без вспомогательных средств соединять полимеры с низким значением є" такие, как полиэтилентерефта* лат [248], политетрафторэтилен [249].
В работе [250] описаны преимущества использования энергии СВЧ при сварке трудно соединяемых пленок фторсополимеров.
Напряженность поля при диффузионной сварке термопластов и продолжительность сварки выбирают такими, чтобы перевести материал в вязкотекучее состояние. При сварке отвержденных реактопластов в поле ТВЧ оптимальная напряженность составляет 0,2— 0,6 МВ/м, что позволяет нагреть материал в зоне сварки до температуры 423—473 К-
При выборе теплового режима химической сварки кристаллизующихся термопластов необходимо учитывать не только условия образования химических связей между макромолекулами полимер*, но и-температуру разориентации материала [207]. Чтобы достичь воспроизводимых показателей прочности, температура электродов должна быть постоянной,
При сварке термопластов в поле ТВЧ давление р выбирают в зависимости от формы и размеров шва, вязкости материала при температуре сварки и продолжительности сварки:
где do — толщина деталей до сварки; rfi — толщина шва; и — динамическая вязкость; Ь — длина электрода; t — продолжительность сварки. |
При сварке отвержденных реактопластов оптимальное давление составляет 2,5—5,0 МПа.
Продолжительность сварки в поле ТВЧ составляет: доли секунды для пленок поливинилхлорида; несколько секунд для синтетических тканей, пленок фторсополимеров (Ф-26 и Ф-42) и полиамидных пленок (Р-27,
АР-27Т); от десятков секунд до нескольких минут для отвержденных реакто пластов.
Для сварки в поле ТВЧ применяют стационарные (или рунные) прессовые или роликовые установки [2 І 6, с. *282]. Каждая из установок включает генератор ТВЧ, электрододержатели, механизм привода электродов и устройство для экранирования. Современные установки (например, ЇЗЧД Т-2,5) снабжены автоматическими устройствами - отключения генераторов в случае появления пробоя [251].