В широком смысле сварка — это соединение деталей путем неполного расплава, во время которого материал размягчается и перемешивается, образуя однородную массу. Одновременно с остыванием происходит отвердевание материала — фактически листы, трубы или любые другие детали сплавляются воедино. Образуется сварной шов.
Хороший шов имеет прочность, сопоставимую с прочностью соединенных деталей. Сваривать можно не только металлы. Многие виды бытового пластика хорошо поддаются сварке. Но технология сварки пластика существенно отличается от технологии сварки металлов.
Влияющие факторы
Сварка пластика — процесс несложный даже в домашних условиях, но для успешности работ необходимо соблюсти ряд условий. Подвергать сварке можно только пластики из группы термопластов.
Термопласты — разновидность пластмасс, которая полностью сохраняет свои свойства при нагреве, расплавлении и последующем отвердевании. Этим они отличаются от реактопластов, которые после финальной обработки (отливки или штамповки изделия) не могут нагреваться без разрушения.
Проще говоря, при высокой температуре термопласты плавятся, но потом затвердевают, а реактопласты обугливаются и горят. Область применения реактопластов значительно уже. В быту гораздо чаще встречаются разные виды термопластов.
Подвергать сварке можно следующие виды пластиков, относящихся к термопластам:
- полиэтилен (высокой и низкой плотности);
- полипропилен;
- поливинилхлорид;
- полистирол;
- поливинилацетат;
- полиэтилентерефталад;
- поликарбонат;
- нейлон.
Соединять друг с другом сваркой можно только однородные пластики — нейлон с нейлоном, полистирол с полистиролом, и так далее.
Два подхода
Сварка пластмасс может производиться различными способами. Но существует два основных подхода — температурный и холодный. Первый основан на воздействии на пластик сравнительно высокой температуры (в диапазоне 200-300 °C для разных видов пластиков).
Термическая сварка пластика может осуществляться:
- потоком горячего газа (воздух, азот, аргон);
- раскаленным контактным инструментом (паяльник, специальный аппарат для сварки пластика);
- расплавленной присадкой;
- трением;
- ультразвуковыми волнами;
- точечным нагревом лазерным, инфракрасным или другим световым излучением;
- высокочастотным электрическим током.
Принцип холодной сварки иной. Он также делится на два принципиально разных подвида. Первый — это сваривание пластика частичным расплавлением с помощью химических растворителей.
Под воздействием определенных химикатов соединяемые края размягчаются, соединяются под давлением и под давлением же остывают. В силу сложности, а также того, что самые популярные полимеры полиэтилен и полипропилен этому способу не поддаются, в быту его применяют редко.
Второй подвид — это применение двухкомпонентного полимерного состава, по тому же принципу, что и у холодной сварки металла. Настоящим свариванием не является, но может обеспечить достаточно прочное, близкое к прочности соединяемых пластиковых поверхностей, соединение.
Наиболее распространенные способы
Прежде чем говорить о самых доступных для пользователя способах сваривать пластмассу, нужно определиться с областью применения этого способа крепежа в домашних условиях.
Как правило, это либо герметичное соединение пластиковых водопроводных труб, в том числе на участках, где вода курсирует под давлением, либо соединение листового пластика в различных целях — изготовление каких-то изделий, ремонт пластиковых канистр, баков, бамперов.
Обратите внимание, что сваривание часто используется дайверами для ремонта гидрокостюмов с соответствующим покрытием.
Далее будет сделан упор на методы и инструмент для ручной сварки пластика, поскольку машинные способы сваривания связаны со сложным и дорогим оборудованием. К ним относятся лазерная, инфракрасная, ультразвуковая сварка пластика, сваривание трением и некоторые другие способы. В то же время соединение с помощью прямого контакта с термоинструментом, с помощью раскаленного газа либо экструдера, технологически вполне доступно для домашнего мастера или выездного ремонтника.
Применяемые способы сварки термопластов
Процесс сваривания термопласта может быть выполнен: термопистолетом или феном, с помощью экструдера или контактным способом сварки. Особенность данного процесса в том, что материал нагревается до вязко-текучего состояния, при этом используется небольшое давление.
Перед сваркой (любым способом) необходимо подготовить пластик, а именно произвести очистку от загрязнений или повреждений примерно за 20 минут до начала работ.
Присадочный стержень выбирается, согласно химическому составу, подходящему к основному свариваемому пластику. Важно помнить, что присадочные прутки для пластика становятся хрупкими при температуре менее +15 оС. Прутки могут быть разной формы среза: круглые, треугольные.
Примерная стоимость сварочных прутков на Яндекс.маркет
Использование фена или термопистолета
Ручной аппарат подачи горячего воздуха популярен, благодаря своей удобности использования в разных условиях, в том числе и бытовых. В данную группу входят строительные фены, так называемые термопистолеты с возможностью нагрева воздуха до высоких температур. Применяют данную технологию сварки для материалов с толщиной от 1 мм до 10 мм. Если дополнительно используют сварочный пруток, то его также нагревают нагретым воздухом. Сварочные пистолеты иногда используют вместе с паяльником.
Выделяют два способа сварки с помощью устройств подачи горячего воздуха:
- Сварка с использованием присадочного материала (встык).
- Сварка термопластов внахлест, без сварочных прутков.
Сварочный фен имеет специальные насадки:
- фиксирующие, для зажима сварочных изделий перед сваркой;
- щелевые, для кровельных материалов;
- формировочные, для сварки пластмассы большого размера.
Благодаря насадкам, фен можно использовать для разного вида конструкций по сравнению с термопистолетом. Термопистолет чаще служит для сварки термопластичных пластмасс внахлест, а с помощью фена соединение материалов осуществляется встык с добавлением присадочного стержня в область сварочного шва.
Примерная стоимость строительных фенов на Яндекс.маркет
Особенности работы с феном или термопистолетом:
- Диаметр присадочного материала не должен быть более 4 мм, чтобы нагреться за короткий промежуток времени.
- Процесс сваривания необходимо выполнять достаточно быстро, чтобы избежать разложения материала.
- Строгое выдерживание температурного режима, согласно виду термопласта. На качество работы влияет как перегрев, так и недогрев.
Оборудование:
- термопистолет или строительный фен;
- присадочный материал;
- респиратор и перчатки.
Сварка пластика с помощью экструдера
Использование экструдера для сварки пластика считается наиболее удобным и экономным. Экструдер подает в сварочный шов уже расплавленную (размягченную) массу, которая придавливается направляющим соплом. Данное устройство используют для соединения изделий с большой толщиной.
Преимущества работы с экструдером:
- меньший расход энергии;
- улучшенный способ теплопередачи;
- не нужно использоваться прижимающие приспособления;
- полный контроль над качеством сварочного шва.
Сварка экструдером начинается с подготовки изделия (очистки), далее происходит плотная стыковка участков сварки (можно выполнить это вручную). Процесс сваривания можно производить в умеренно быстром темпе, обязательно установить температурный режим для термопластичного вида пластика. После завершения работы деталь должна находиться в неподвижном состоянии до своего полного остывания.
Оборудование:
- экструдер;
- присадочный материал для пластмассы;
- защитные элементы (респиратор, перчатки).
Примерная стоимость экструдера на Яндекс.маркет
Контактный способ нагревом
Технологически это самый простой способ сварки пластика. Для него не нужны даже электроды. Но конструкция применяемого аппарата различна для сварки листовых материалов или, к примеру, для соединения труб.
Самым простым аппаратом, применяемым для сварки небольших деталей, является обычный электрический паяльник на 220 В. Для увеличения площади нагрева, а также чтобы не портить жало, может применяться специальная насадка.
Им можно сваривать самые распространенные пластмассы — полиэтилен и полипропилен. Большая часть пластмассовых деталей для домашнего хозяйства производится из них.
Принцип этого метода несложен. Кромки деталей разогревают (для полиэтилена и полипропилена температура должна быть 200-260 °C), соединяют внахлест либо стык-в-стык и плотно обжимают в струбцине или в тисках.
Охлаждение должно происходить под давлением, иначе добиться качественного шва не удастся. Перед началом работы края рекомендуется зачистить и промыть.
Специальный сварочный аппарат применяется для сваривания листового пластика в больших объемах. Соединение труб нагревом также требует особого инструмента. Сварочные аппараты для труб делятся на 2 вида — для сварки встык и для сварки враструб.
Второй способ предназначен для сварки труб разного диаметра, плотно заходящих одна в другую. Такие аппараты обеспечивают необходимое давление.
Раскаленный газ
Сварка пластика газом означает, что для размягчения материала используется направленный поток раскаленного воздуха либо промышленного газа — аргона, азота и других. В бытовых условиях обычно применяется воздух, а инструментом для его подачи служит строительный фен.
Температура подаваемого газа должна быть примерно на 80-100 ° выше, чем температура вязкотекучести, то есть размягчения до нужной кондиции свариваемого металла. В этих условиях также необходимо обеспечивать давление на соединяемые кромки пластика. Для этого может использоваться прижимной валик, которым ведут вдоль шва вслед за феном (требуется помощь другого человека), либо специальные фиксирующие насадки на фен.
Такая насадка позволяет сжимать поверхности во время сварки. Специально для обработки широкоформатных листов — баннеров, тентов, элементов крови — разработаны щелевые и формировочные насадки на типовой промышленный фен (тепловой пистолет).
В промышленности чаще применяется специальный газовый состав, обеспечивающий отсутствие окислов в сварном шве, которые ослабляют его структуру. В быту это некритично, так как нагрузка на пластмассовые детали обычно незначительна.
Нагрев газом налагает ограничение на толщину свариваемого материала — не более 2 мм. Оптимально — 1,5 мм.
Газовое сваривание пластика может быть как без применения присадочного материала, так и с присадкой. Роль присадки играют так называемые электроды — стержни из пластмассы различных марок (подбираются исходя из марки пластика), диаметром от 2 до 6 мм.
Называть их электродами не совсем корректно. Никакой ток по ним при газовой сварке не идет (почти все пластики — диэлектрики). Но название прижилось просто по аналогии со сваркой металла.
Использование присадки позволяет увеличить прочность шва и углубить сварной шов. Этот способ подходит для скрепления более толстых деталей. Возможна как ручная подача присадки с прикаткой валиком, так использование специального оборудования — экструдера, экструзионного пистолета.
Сварка пластиков. Азбука технологии
Экструзионная сварка (сварка расплавом). далее ЭС
Данный вид справки относится к ручной полуавтоматической сварке пластиков. ЭС позволяет сваривать швы как прямолинейные так и швы сложной геометрии (например, обваривание люковых лазов в цилиндрических емкостях). Таким способом можно сваривать детали толщиной от 2 мм (зафиксированные на жестком основании, иначе кромки «разбегутся» и плоскость детали «потянет». …Все равно «потянет»). Положительный Эффект ЭС проявляется при сварке деталей от 5 мм. Преимущества: высокое качество (расчетная прочность 80% при высокой скорости, позволяет сварить толстостенные детали за один проход. Скорость зависит от толщины деталей (сечения шва), сечения присадочной проволоки и производительности сварочного экструдера (измеряется в кг\ч).
Принцип ЭС: в разделанные, зафиксированные, предварительно прогреваемые горячим воздухом кромки, через сварочный башмак экструдера непрерывно подается расплав, заполняя разделку и зазор между деталями. Катет шва формируется прикладываемым давлением через экструдер на сварочный башмак. Форма катета шва задается профилем сварочного башмака. Под каждый вид и размер шва необходимо иметь отдельный сменный сварочный башмак (например, угловой, стыковой, нахлесточный, переходной, для приварки конических днищ и все это умноженное на разнообразие толщин материала, с которыми планируете работать). Обычно, при покупке экструдера, в комплект входят 2-3 башмака и заготовка. Башмаки делаются из фторопласта4 на дюралюминиевое «пятке». Их можно (нужно) изготавливать самостоятельно
Виды сварочных экструдеров:
1. Плунжерный — простейший «промежуточный вариант» между сваркой горячим воздухом с присадкой и труЪ-экструзионной сваркой. Сравнительно малопроизводительны. В плунжерном экструдере отсутствует камера пластификации, шнек, расплав не перемешивается. Принцип работы: присадка в виде проволоки с практически идеально круглым сечением через механизмом подачи подается по трубочке, проходящей через «сопло» (одновременно, камера разогрева присадки) фена. При этом горячий воздух, проходя через «сопло» (камеру разогрева), разогревает присадку до распава и на выходе подогревает кромки свариваемых деталей. Расплав из трубочки выдавливается в зону шва постояно поступающей нерасплавленной твердой проволокой, которая играет роль «поршня» (плунжера). В принципе, доступен для самостоятельного изготовления, если подобрать сечения трубочки и оптимальную площадь контакта трубочки и горячего воздуха (ИМХО). Факторы, которые необходимо учитывать : Неконтролируемая температура расплава, зависящая от температуры горячего воздуха, продолжительности остановок (среднего расхода присадки), температуры окр. среды.
Достоинства небольшой размер, масса.
2. Шнековый ТруЪ-сварочный экструдер — высокопроизводительный ручной полуавтоматический сварочный аппарат. Имеет отдельный воздуховод от фена до кромок и независимую от фена камеру пластификации. В камеру пластификации механизмом подачи подается присадка (проволока или гранулы). Там перемешивается и разогревается до определенной температуры, и расплав, через сварочный башмак, шнеком выдавливается в зону сварки. Заданная температура расплава поддерживается блоком управления, периодическим включением-выключением ТЭНов. Доступен для самостоятельного изготовления (сборки из разных элементов). Я гарантирую это.
Нюансы:
Масса моего экструдера составляет 15 кг. Вес же его растет посекундно в геометрической прогрессии если варишь вертикальный или потолочный шов. При этом большая масса экструдера помогает при сварке шва на полу.
Для ЭС, например, полипропилена требуется расход воздуха фена 300 л\мин. Температура воздуха 260-291 С.
Ронять (или иным образом «обижать» экструдер) экономически нецелесообразно.
В сравнении со сваркой горячим воздухом (феном) с присадкой, скорость сварки моим экструдером выше в 6-10 раз
Бывают экструдеры с феном, работающим от сжатого воздуха и с самонагнетающим феном. Для фенов от сжатого воздуха необходима особо чистая воздухоподготовка, плюс ко всему, дополнительный шланг (который, почему-то, всегда запутывается в присадочной проволоке, путается под ногами и стремится передавиться-заломиться) к экструдеру.
1. Сменный сварочный башмак
2. Шов хорошего качества
3. Шов отличного качества, с обработкой (не моя работа)
4. Перегрев присадки в шве (прежде, чем начинать варить нужно «продуть» камеру пластификации)
5-6 Экструдер
Изменено 22 марта, 2014 пользователем Termoplastic
Применение экструдера
Экструдер — это устройство для подачи в область сваривания присадочного материала. Его использование существенно упрощает процесс сварки.
Ручной экструдер для пластика выглядит как пистолет, совмещенный с тепловым феном. Через него непрерывно подается присадочный стержень, окутываемый потоком раскаленного воздуха.
Экструдеры делятся на 2 типа — бесконтактные и контактные. В первом случае мундштук не погружается в сварной шов, а давление обеспечивается прижимным роликом.
Во втором случае сопло аппарата проходит непосредственно внутри сварного шва, и этим осуществляется необходимое давление. Экструзионный способ сваривания пластика — самый простой, быстрый и надежный среди всех видов ручной сварки, он уступает только автоматическому и полуавтоматическому методам.
Термопластичные виды пластика
Термопласты при нагревании становятся пластичными, а в охлажденном состоянии обратно принимают свою форму, не теряя первоначальных свойств. Температура их нагрева зачастую в пределах 140-240 оС, перегрев приводит к разложению пластмассы.
Виды термопластичной пластмассы:
- полиэтилен (с высокой плотностью менее прочен и теплоустойчив по сравнению с полиэтиленом низкого давления);
- поливинилхлорид (хорошая диэлектрическая проницаемость);
- фторопласт (высокая устойчивость к агрессивным химическим средам);
- полипропилен (самые маленькие показатели плотности среди всех видов пластмасс, твёрдый и термостойкий, температура плавления 175 оС);
- полистирол (хрупкий, низкая теплостойкость 80 оС);
- полиметилметакрилат (органическое стекло, обладает антикоррозийными и диэлектрическими свойствами, небольшая механическая прочность);
- полиэтилентерефталат (температура плавления 260 оС, разложения 350 оС, не растворяется в органических растворителях и воде);
- поликарбонат (большой коэффициент теплового расширения, пластичный и прочный, неустойчив к УФ-излучению длительного характера);
- полиамиды (нейлон, капрон обладают износостойкостью с высокой поверхностной твердостью).
У каждого вида свой собственный температурный режим плавления и разложения. Для сварочного соединения подходит только пластмасса одного вида.
Свойства термопластов:
- Прочность в разных температурных диапазонах.
- Диэлектрическая способность (не у всех видов).
- Стойкость к механическому износу.
Для сварки пластмассы обязательна респираторная защита дыхательных путей, т. к. в процессе нагрева из пластика выделяется достаточно много вредных веществ.
