Особенности УЗС полимерных материалов

Процесс сварки полимерных материалов протекает в две стадии: образование физического контакта; объемное развитие взаимодействия.

Образование физического контакта связано с термической активацией контактных поверхностей, а также со статическим и вибрационным уплотнением свариваемого материала.

Термической активации предшествуют: ввод и распространение ультразвуковых колебаний в свариваемых заготовках; концентрация и преобразование энергии механических колебаний в тепловую энергию. При УЗС интенсивно протекают: структурные превращения на молекулярном и надмолекулярном уровнях, различные химические реакции полимеров, накопление повреждений от силовых нагрузок. Воздействие на разогретый материал статических и динамических нагрузок приводит к развитию деформационных процессов. Эти процессы проявляются: во внедрении рабочего торца волновода в поверхность заготовки; в вытеснении разогретого (пластифицированного или расплавленного) материала заготовки из зоны сварки.

При УЗС мягких пластмасс и волокнистых материалов эта стадия сопровождается уменьшением толщины свариваемого материала:

(5.13)

где: d и d_µ - толщина волокнистого материала начальная и в предельно уплотненном состоянии; x - коэффициент пористости, равный отношению объема пустот к объему волокон.

Для жестких пластмасс эта стадия протекает за счет пластического деформирования макро и микронеровностей, т.е. за счет сближения контактирующих поверхностей на расстояния, соизмеримые с межатомными. Часть работы деформации затрачивается на удаление из контактной зоны инородных включений (газовых пузырей, масляных и жировых пятен).

Стадия объемного развития взаимодействия проявляется в: течении и перемешивании материала заготовок в сварочной зоне; взаимной диффузии материалов в микрообъемах; кристаллизации расплава на заключительном этапе сварки.

Если сварка происходит в области вязкотекучести, то основную роль в стадии объемного развития взаимодействия играет перемешивание материала заготовок. При этом чем меньше вязкость размягченного полимера, тем больше перемешивание. Это явление можно объяснить «насосным» действием поверхности движущегося излучателя – волновода. При движении вперед, излучатель отталкивает полимер, а при движении назад не полностью увлекает его за собой. поэтому при каждом ходе излучателя в область разряжения, образующуюся на границе раздела заготовок притекают новые частицы полимера. При этом в сварном шве практически отсутствует граница раздела соединяемых поверхностей. Шов не разрушается по первоначальной плоскости контакта. Надмолекулярная структура шва может отличаться от структуры материала заготовок.

Если сварка происходит в интервале температур высокоэлластичности, преимущественным является диффузионный механизм. При этом необходим длительный контакт свариваемых поверхностей друг с другом. Сварной шов сохраняет границу раздела. Материал в зоне контакта, по надмолекулярной структуре не отличается от исходного.

Схемы типовых колебательных систем для УЗС материаловприведены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Типовые схемы установок для УЗС материалов: а - продольная; б - продольная с резонирующим стержнем; в - вертикальная; 1 - электроакустический преобразователь; 2 - УЗ генератор; 3 - волновод; 4 - сварочный наконечник; 5 - свариваемые заготовки; 6 - стол для базирования и зажима заготовок; 7 -акустическая развязка; 8 - резонирующий стержень со сварочным наконечником.

Источником УЗ колебаний является электрической УЗ генератор 2. Преобразование электрического сигнала в механические колебания осуществляет электроакустический преобразователь 1. Преобразования чаще всего происходят за счет пьезокристаллического эффекта. Волновод3осуществляет передачу энергии к сварочному наконечнику и обеспечивает увеличение амплитуды колебаний по сравнению с амплитудой исходных волн преобразователя, а также  концентрирует энергию в заданном участке свариваемых заготовок 5. Акустическая развязка 7от корпуса машины позволяет практически всю энергию механических колебаний без значительных потерь концентрировать в зоне контакта.

Сварочный наконечник 4является согласующим волноводным звеном между нагрузкой и колебательной системой. Он определяет площадь и объем непосредственного источника ультразвуковых механических колебаний в зоне сварки.

⇐ Предыдущая27282930313233343536Следующая ⇒

Поделиться: