Сварка воздухом: методы и особенности

О чем речь? Сварка воздухом используется для соединения изделий из термопласта, которые становятся пластичными после нагревания до +500 °С. При обычном процессе сваривания температура поверхностей достигает +7000 °С.

На что обратить внимание? Существует два метода сварки воздухом: внахлест и с помощью прутка. Во втором случае для качественного соединения деталей требуются отдельные сопла.

Задачи сварки воздухом

Почему данный процесс получил название «сварка воздухом»? На начальном этапе развития методов обработки пластиков воздух для сварки нагревался с использованием газа. Такой процесс нельзя было считать безопасным. Вскоре появились аппараты с электронагревом, что предоставило возможность более точного контроля температуры воздуха.

Несмотря на эволюцию технологий, термин «сварка горячим воздухом» сохранил свое значение.

Этапы процесса сварки термопластов:

1. Подготовка поверхности. Гарантирует надежное сцепление материалов.
2. Разогрев зоны сварки. При этом используются передовые технологии электрического подогрева.
3. Сварка деталей. Это контролируемый процесс с использованием высокотехнологичного оборудования.
4. Охлаждение под давлением. Укрепляет сваренные соединения.
5. Обработка сварочного шва. Придает гладкость и эстетичность сваренным изделиям.

Качество стыка определяется отношением прочности сварного шва к крепости базового материала, известным как валентное соотношение. Обычно приемлемым считается химическое – от 0,6 до 0,8, то есть прочность сварного шва составляет 60–80 % прочности базового пластика. Опытные мастера могут достичь и больших значений, вплоть до 100 % (в зависимости от используемой пластмассы).

Сварка горячим воздухом является одним из наиболее важных методов соединения термопластика и самым давно используемым из них. Успешное применение данного способа требует определенного уровня мастерства. Он используется для сваривания пластиковых листов при изготовлении различных изделий, а также для состыковки труб и профилей.

Все термопласты пригодны для сварки горячим воздухом. Чаще всего этот метод используется для соединения твердого и мягкого полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), а также твердого, мягкого и ударопрочного поливинилхлорида (ПВХ), акрилонитрилбутадиенстирола (АВS) и полиметилметакрилата (PMMA).

Существует два основных метода сварки:

• Прутковая, которая также известна как сварка с использованием добавочных материалов. Данный способ идеально подходит для соединения различных пластиковых конструкций, элементов трубопроводов с низким давлением и резервуаров. Однако из-за недостаточной прочности сварного шва он не используется для сваривания воздухом магистралей, работающих под давлением.
• Внахлест без применения присадок. Он идеален для соединения различных полимерных материалов, таких как укрытия, перегородки, оболочки и т. д.

Сварка воздухом внахлест

Сварка горячим воздухом внахлест представляет собой процесс, при котором два листа пластика укладываются друг на друга с некоторым перекрытием. После этого свариваемые поверхности верхнего и нижнего пластов нагреваются горячим воздухом до температуры пластификации.

Воздух подается между листами через специальное сопло, установленное на сварочном аппарате, который перемещается вдоль шва. После нагрева листы прижимаются друг к другу прижимным механизмом воздушного сварочного аппарата. Присадки в этом процессе не применяются.

Оборудование для сварки воздухом внахлест можно разделить на два типа по уровню автоматизации.

Первая категория – ручные аппараты горячего воздуха. Обычно они обладают большей мощностью, чем оборудование для сварки с применением прутковых присадок. Использование мощности свыше 3000 Вт в ручном режиме нецелесообразно, так как сварщик не сможет эффективно управлять таким прибором. Ручные аппараты применяют преимущественно для локальных задач, например, для реконструкции покрытий.

Сварщик перемещает аппарат ровно вдоль шва и прессует роликом нагретые листы. Контроль усилия прижима и скорости сварки осуществляется по ширине выдавливаемого грата, который не должен превышать половину толщины листа. Для определенных материалов, таких как PVC-P, рекомендуется перемещать ролик под углом около 45° к направлению сварки.

Другая категория сварочных машин – автоматические аппараты. Они применяются для выполнения большого объема работы и обеспечивают более высокую скорость сварки, минимизируя зависимость качества шва от человеческого фактора.

В заводских условиях такие аппараты обычно оснащены двумя прижимными роликами, расстояние между которыми регулируется в зависимости от толщины пленки. Полевые автоматы, напротив, используют одно прижимное колесико, а нижний лист обеспечивает ответное усилие прижима.

Автоматические аппараты могут создавать как одинарные, так и более сложные двойные швы.

В таких сварных машинах температура, усилие прижима и скорость сварки регулируются независимо с помощью электронных устройств.

Ниже в таблице даны ориентировочные параметры сварки для листов из наиболее используемых материалов в ручном и автоматическом режимах сваривания. Следует учитывать, что указанное сырье представлено различными марками с непохожими характеристиками, поэтому температура воздуха при сварке, скорость, усилие могут быть ориентировочными:

Прутковая сварка воздухом

При прутковой сварке воздухом присадочный материал (сварочный пруток) должен соответствовать химическому составу и показателю текучести расплава (ПТР) материала свариваемых изделий. Исключение составляют PMMA и PVC-U, которые могут быть успешно соединены друг с другом.

Наиболее распространенная форма присадочного материала – круглая Ø 3÷5 мм. Иногда используются прутки овальной, треугольной, прямоугольной конфигурации. В нашем случае рассмотрим круглые.

Самым простым видом сварочного сопла является круглое с внутренним диаметром 5 мм. Это простая изогнутая трубка.

Процесс сварки начинается с нагрева прутка в начале сварочного шва одновременно с нагреванием поверхностей канавки. Затем стержень вдавливается в канавку по шву. Важно удерживать его перпендикулярно месту соединения и прикладывать усилие вдоль прутка.

При использовании круглого сопла перпендикулярное положение стержня обеспечивает оптимальное сварочное усилие и скорость сварки, глубину прогрева прутка и соединяемых деталей. Скорость сваривания для прутка Ø 4 мм составляет 10–20 см/мин. С увеличением диаметра стержня скорость снижается, а сварочное усилие повышается.

Сварочное устройство плавно двигается по направлению шва с небольшой вибрацией, равномерно прогревая нижнюю часть изгиба прутка и поверхности свариваемых деталей. В результате перед самым изгибом стержня образуется волна расплава материала, частично выдавливающегося наружу при надавливании прутка и образующего так называемую гребенку по обе стороны стержня.

Если для сварки используется мягкий пруток (PVC-P или PE-LD), то применение сопла для быстрого сваривания с целью увеличения скорости и качества процесса приведет к значительному трению мягкого стержня о стенки сопла, что приведет к его растяжению и деформации сварного шва.

В случае сварки круглым соплом вручную создать необходимое сварочное давление невозможно, поэтому для качественного сварочного процесса мягким стержнем требуется использование профильного прижимного ролика.

При сварке линолеума используется сопло с распределенным нагревом, что увеличивает время воздействия нагретого газа на присадочный пруток и сварочную канавку. Это приводит к некоторым положительным результатам:

• снижает температуру воздуха;
• увеличивает глубину прогрева поверхности свариваемых материалов;
• снижает деформации в зоне сварного шва.

В некоторых случаях предпочтительнее использовать сопло быстрой сварки, обладающее специальной направляющей для сварочного прутка. Стержень нагревается в нижней части направляющей горячим воздухом и вдавливается в сварочную канавку носиком конической части трубки, имеющим сечение желобка.

Обычно пруток сам втягивается в направляющую при продвижении сопла, однако в некоторых случаях может потребоваться небольшое усилие для подачи стержня рукой, чтобы предотвратить его растяжение из-за трения о стенки конической части трубки.

Сварка лентой гораздо быстрее, чем сваривание круглым соплом. Кроме того, при этом контроль над усилием прижима прутка к свариваемым поверхностям проще осуществлять. Сечения направляющей прутка и носика сопла быстрой сварки должны соответствовать сечению сварочного прутка.

Ниже приведены рекомендуемые параметры сварки для наиболее распространенных термопластов:

*) Для сварки необходимо использовать прижимной ролик для прутка.

**) Сварка выполняется с использованием прутка из PVC-U.

Материалы, перечисленные в таблице, могут иметь разные маркировки с незначительными отличиями в характеристиках, поэтому указанные параметры сварки служат лишь ориентировочным указанием.

Определение расхода воздуха осуществляется при помощи расходомера перед входом в сварочный аппарат, до нагрева.

Измерить усилие прижатия присадочного прутка возможно только в лаборатории. В реальной работе оператор на основании полученного опыта делает прижим необходимой силы и устанавливает оптимальную скорость сварки.

Виды сопел для сварки воздухом

Различают следующие варианты диффузоров для сварки горячим воздухом:

Круглая форсунка

Самые простые и часто применяемые сопла. Они представляют собой изогнутые трубки диаметром до 4 мм. При использовании этого типа приспособлений присадочный пруток удерживается вертикально относительно свариваемой канавки. Под воздействием тепла он нагревается и с усилием входит внутрь, формируя единое целое из пластмассы.

Форсунка быстрой сварки

Эти сопла удобнее в работе в результате применения дополнительного канала для сварочного материала. Присадка подается в канал и, прогреваясь горячим воздухом, образует сварочный шов канавообразным наконечником форсунки.

Данный тип насадки обеспечивает высокую точность и стабильность процесса сварки, что особенно важно при работе с деталями, требовательными к качеству соединения. Использование ограничивается работой в труднодоступных местах.

Форсунка для сварки мягким прутком

При использовании мягкой присадки два предыдущих типа сопел непригодны из-за значительного трения, что приводит к деформации и повреждению соединения. В таких случаях применяется специальная форсунка с прикаточным роликом.

Для увеличения скорости сваривания при выполнении большого объема работы могут применяться приспособления с многоточечным нагревом. Для ускорения процесса сварки могут быть применены насадки с многозонным нагревом.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.