Сварка различных полимерных материалов осуществляется с применением ручных и механизированных сварочных инструментов и приспособлений, а также установок и машин, среди которых доля оборудования с автоматизированными системами управления весьма незначительна. Специализация оборудования зависит от вида сварки: нагретым газом или инструментом; экструзионной; трением вращения; ультразвуковой и высокочастотной; инфракрасным излучением. Широкий интервал сварочных параметров позволяет настраивать оборудование на требуемые параметры сварки в зависимости от конкретных соединяемых материалов.
Сварка нагретым газом, как правило, осуществляется с применением ручных нагревателей различной конструкции: газовых косвенного и прямого действия; с электрообогревом, которые нашли наиболее широкое применение, поскольку более просты и безопасны в эксплуатации.
Наибольшее распространение получил универсальный электрический нагреватель ГЭП-2 , предназначенный для сварки нагретым газом различных пластмассовых изделий, толщиной менее 20 мм с помощью присадочных прутков диаметром 3…5 мм. Температура газа-теплоносителя на выходе из наконечника нагревателя 260…600°С, давление газа-носителя не более 0,5 МПа, расход 3000…7000 л/ч, напряжение питания 36 В, потребляемая мощность 750 Вт, масса 0,75 кг, габаритные размеры 210 х 30 мм.
Полуавтомат ПГП-1 создан для сварки нагретым газом с применением присадочного материала в нижнем положении стыковых соединений листов из термопластов. Он смонтирован на самоходной тележке и комплектуется специальным блоком питания. Полуавтоматические машины типа МСП созданы для сварки пленок из термопластов нагретым газом без присадочного материала. Сварка нагретым инструментом по техническим и технологическим признакам подразделяется на группы: стыковая раструбовая, прессовая, термоимпульсная, ленточная и роликовая .
Оборудование для стыковой сварки наиболее широко применяется для соединения пластмассовых труб нагревательным инструментом, работающим на газообразном или твердом топливе, или на электроэнергии. Нагревательный инструмент ОБ работает на твердом топливе и применяется в комплекте с установками для сварки пластмассовых труб диаметром 63… 110 мм, а инструмент типа ОБ — на пропан-бутане и предназначен для сварки пластмассовых труб диаметром 63…225 мм. Нагревательный инструмент ТИИ-110/225 (теплогенератор инфракрасного излучения) работает на сжиженном газе и применяется в комплекте с установкой для сварки полиэтиленовых труб УСПТ-09.
Оборудование для стыковой сварки труб нагретым инструментом в зависимости от условий применения можно разделить на следующие группы: ручные приспособления и устройства; переносные установки; передвижные установки на колесном ходу; полустационарные и стационарные установки, перемещаемые с применением специальных механизмов. Привод может быть рычажный, винтовой, гидравлический, пневматический. Центраторы (зажимные узлы) установок рассчитаны на ряд типоразмеров труб, поэтому каждая установка комплектуется сменными вкладышами.
Установки, разработанные ИЭС им. Е. О. Патона , охватывают весь диапазон диаметров пластмассовых труб. В комплект установок входят центратор, электронагревательный инструмент, торцеватель и блок управления. Оборудование, представленное в табл, предназначено для единичного производства.
Широко применяются установка УСПТ с гидроприводом, предназначенная для сварки в монтажных условиях полиэтиленовых труб диаметром 63…225 мм, а также приварки к трубам соединительных деталей, установки УСП- (гидропривод) и УСП-69 (ручной привод) для сварки пластмассовых труб диаметром менее 315 мм, а также оснащенные гидроприводом комплекты УСКП (для сварки труб диаметром 140…630 мм)
Устройства УСПМ с ручным приводом предназначены для сварки монтажных соединений пластмассовых трубопроводов и комплектуются компактным центратором (что позволяет их применять на высоте, в труднодоступных местах и траншеях), нагревательным инструментом и торцевателем.
В числе другого широко применяемого оборудования известны устройства СА и СА для сварки монтажных соединений пластмассовых трубопроводов диаметром 40… ПО мм, устройство С А для сварки труб диаметром 125… 160 мм, комплект специальных приспособлений для сварки в монтажных условиях пластмассовых труб диаметром 69…315 мм. Устройства типа УСДП предназначены для изготовления соединительных деталей пластмассовых трубопроводов в заводских условиях. Оборудование для раструбовой сварки нагретым инструментом предназначено для соединения пластмассовых труб и комплектуется специальным нагревательным инструментом, имеющим дорн и гильзу, что обеспечивает оплавление свариваемых поверхностей трубы и соединительной детали (литой или формованной).
Устройство ОБ-2288 , разработанное ИЭС им. Е. О. Патона, предназначено для эксплуатации в различных условиях и комплектуется нагревательным инструментом с набором сменных накладных деталей (дорна и гильзы), блоком питания (управления), струбциной, торцевателем с набором направляющих стаканов, хомутами.
Устройство УСР-100 предназначено для сварки в заводских условиях труб с соединительными деталями при изготовлении узлов и блоков систем внутренней канализации.
Оборудование для прессовой сварки нагретым инструментом предназначено для соединения пленочных полимерных материалов. В стационарных условиях применяют сварочные установки в виде прессов консольного или портального типов, а в монтажных условиях — переносные прессы скобообразной формы.
Прессы типа ПСТП предназначены для сварки шаговым способом пленок из полиамида, полиэтилена и поливи-нилхлорида толщиной 0,3…2,0 мм. Прессы ПСТП-4 (ПСТП-4М) и ПСТП-2, отличающиеся длиной верхней и нижней траверс гидроподушки и нагревательных элементов, имеют портально-консольные станины, что позволяет сваривать поперечные и продольные прямолинейные швы крупногабаритных изделий, а также обслуживать прессы как с передней, так и с тыльной стороны. Пресс ПСТП-0,5У предназначен для сварки угловых швов.
Пресс ПУС-25 предназначен для сварки деталей и узлов контейнеров мягкой конструкции на основе полимернотекстильных материалов толщиной 0,3..2 мм. Максимальная температура сварки 20°С, длина сварного шва, получаемого за один цикл 2400 мм, ширина сварного шва 80 и 100 мм, производительность 6… 10 швов/ч, потребляемая мощность 5 кВт, габаритные размеры 3130 х 1595 х 1935 мм, масса 2750 кг.
Установки ОБ предназначены для прессовой сварки нагретым инструментом гибких вентиляционных шахтных труб из армированных пленочных полимерных материалов. Установка позволяет также производить ремонт вентиляционного трубопровода при наличии повреждений в виде порывов, порезов или сквозных отверстий любых размеров. В комплект установки входит предназначенный для ремонтных работ ручной сварочный пресс с размерами нагревательного инструмента 160 х 60 мм, максимальным сварочным давлением 0,6 МПа и потребляемой мощностью 0,5 кВт.
Оборудование для термоимпульсной сварки нагретым инструментом предназначено для соединения полимерных пленок. В производстве, как правило, применяются автоматизированные установки различного типа. Машины (автоматы) типа МСП предназначены для сварки полиэтиленовых, полипропиленовых, полиамидных и фторопластовых пленок толщиной менее 500 мкм.
При конденсаторной сварке шпилек со вспомогательной дугой процесс начинается с контакта между свариваемыми деталями. При включении напряжения вспомогательной дуги одновременно подается напряжение на тянущий электромагнит сварочного пистолета и происходит отрыв шпильки от листа, обусловливающий появление и растяжение вспомогательной слаботочной дуги постоянного тока. После выдержки в течение 0,5 с в замкнутом положении, при котором блок управления производит подготовку к сварке, электромагнит обесточивается, и шпилька под действием пружины начинает возвратное движение. При сближении шпильки с поверхностью привариваемой детали производится разряд конденсаторной батареи, параметры которого практически такие же, как и при сварке со взрывающимся выступом.
Хотя способ конденсаторной сварки позволяет приваривать шпильки к поверхностям, покрытым продуктами коррозии, маслом, влагой или другими электропроводными материалами, толщина или их химический состав может оказать отрицательное влияние, на качество сварного соединения. В таких случаях используют режим сварки с очисткой. На этом режиме на участке отрыва шпильки от листа производится частичный разряд конденсаторов во вспомогательную дугу.
Установка К-747МВ состоит из передвижного источника тока И ПОМ В и сварочного пистолета, соединенных сварочным и управляющим кабелями длиной 30 м (для шпилек диаметром менее 6 мм). Сварочный пистолет имеет съемную рукоятку и может быть использован не только при работе в монтажных условиях в качестве ручного инструмента, но и как сварочная головка в стационарной установке.
Установка К-747МВ вполне отвечает условиям безопасной работы и обслуживания. Перед сваркой потенциал на шпильке равен нулю до тех пор, пока пистолет не опирается на электропроводящую поверхность детали и пока не будут нажаты (двумя руками) контакт микропереключателя на рукоятке и дополнительный контакт на корпусе пистолета. Кроме того, предусмотрен ряд аварийных блокировок, обеспечивающих отключение источника тока от сети и разряд конденсаторной батареи на внутреннее сопротивление при появлении на выходе источника тока неожидаемого напряжения, задержке разряда батареи при подаче сигнала управления, открывании крышек источника тока и др.Стационарные установки для приварки шпилек изготовляют с ручной подачей шпилек диаметром менее 3 мм (установки ЕРО-2200 и Н135, имеющие дополнительный режим точечной конденсаторной сварки) и с автоматической подачей шпилек диаметром до 6 мм в сварочную головку. Установки для приварки шпилек, как правило, имеют полуавтоматический характер действия, изделие подается к месту сварки вручную, по копиру или с помощью приспособления с жесткими упорами (к последним относится одноголовочная установка Н130 и многоголовочная установка Н116). Однако в последнее время появились установки с ЧПУ и роботизированные установки для автомобильной промышленности.
Столик служит для установки на нем зажимных устройств для крепления детали, к которой должна быть приварена проволока. Подъем столика осуществляется педалью сварочной установки К. В верхнем положении он удерживается защелкой, открываемой вручную. Столик опускается до упора в грибок , вертикальное положение которого регулируется по шкале. Тем самым определяется длина привариваемой проволоки. Электромагнит служит для автоматического сброса штока с выдержкой времени после подачи напряжения конденсаторов на соединяемые детали. Сброс штока можно осуществить и вручную, оттянув рычаг .
Установка первоначального зазора между свариваемыми деталями производится подъемом ползуна с закрепленным на нем ударным механизмом. В заданном положении ползун фиксируется рукояткой . Ориентация места приварки на плоскости детали по отношению к оси проволоки производится перемещением столика .
Головка для УКС проволок встык представляет собой ударный механизм, аналогичный ударному механизму, описанному выше, который расположен в горизонтальной плоскости по одной оси с подобным же штоком с зажимом проволоки, неподвижным во время сварки. Неподвижный зажим имеет только перемещения, предназначенные для выемки сваренной детали и подачи заготовки в зону сварки.
На рис. представлена электрическая схема полуавтомата для приварки стале-медного вывода к танталовому выводу конденсатора.
Напряжение на схему подается после включения выключателя. При этом загорается сигнальная лампа ЕЗ “сеть” на пульте управления, напряжение подается на стабилизатор У, автотрансформатор Т и трансформатор, питающий цепи управления. При включении тумблера 82 зажигаются лампы освещения Е1 и Е2. При замкнутых крышках станины полуавтомата и кожуха на механизме подачи вывода и наличии проволоки в механизме подачи (іУ6) включается реле К4, которое подготавливает к включению цепи заряда конденсаторов, о чем сигнализирует отключение лампы Е4.
При нажатии кнопки 813 “Высокое напряжение, пуск” включается реле К2, первичная обмотка зарядного трансформатора, лампа Е5 (высокое напряжение) и отключается цепь разряда конденсаторов С1—СЗ на резистор R5. При замкнутом контакте .570, связанном с кулачковым валом полуавтомата, напряжение выпрямителя V12—V15 подается на управляющий электрод тиристора VIO, который открывается. Начинается заряд конденсаторов С1—СЗ, емкость которых устанавливается переключателем 816. Напряжение заряда регулируется автотрансформатором Т2 и контролируется вольтметром PU при включенном тумблере. Токоограничивающим элементом в цепи зарядки служит резистор R4.
Кнопкой S14 (автоматический пуск) включается реле КЗ, которое включает двигатель и подготавливает к включению реле Кб, управляющее работой кулачкового вала полуавтомата. После нажима кнопки 815 (пуск) срабатывает реле Кб, включает электромагнитную муфту УС, и кулачковый вал совершает один оборот. При этом контактор S10 переключается, разрывая цепь управления тиристором VIO (прекращается заряд конденсаторов С1—СЗ) и замыкая цепь разряда этих конденсаторов. Подается напряжение на маятниковый механизм соударений. После возбуждения дуги между стыкуемыми поверхностями в цепи разряда конденсаторов появляется сварочный ток, значение которого устанавливается резистором. При размыкании микропереключателя кулачковый вал после одного оборота останавливается.
Для работы полуавтомата в циклическом режиме достаточно замкнуть тумблер. В этом случае кулачковый вал можно остановить, только выключив двигатель нажатием кнопки (стоп) в цепи питания реле.
Кроме уже указанных блокировок, в полуавтомате предусмотрена остановка двигателя при изгибе проволоки в канале ее подачи в зажимные губки. Для этой цели служит контактный хомутик ., включающий реле . Последнее своим контактом размыкает цепь питания реле К4, что приводит к обесточиванию реле и включению лампы Е4 (авария). Реле КЗ снимает напряжение с обмотки двигателя, а реле К2 выключает цепь зарядки конденсаторов и подключает конденсаторы С1—СЗ к резистору Я5. Для повторного включения необходимо нажать кнопку 813 (пуск), которая прерывает цепь питания К5 и восстанавливает рабочее состояние схемы. Для аварийного выключения схемы служит кнопка 812. Остальные блокировки действуют непосредственно на реле К4.
Оборудование для конденсаторной приварки шпилек, несмотря на принципиальное подобие установкам для ударной конденсаторной приварки тонкой проволоки имеет ряд существенных отличий, главные из которых: электромагнитный привод взведения и пружинный привод осадки; большая емкость (до 0,1 Ф) и низкое напряжение зарядки конденсаторов (менее 300 В); малая длина свободного хода подвижного зажима со шпилькой. Это связано как с необходимостью увеличения КПД при разряде конденсаторов, так и с условиями возбуждения дуги и образования сварного соединения при сварке шпилек.
Установки для конденсаторной приварки шпилек выпускаются с диаметром привариваемых шпилек менее 8 мм (длина сварочного кабеля от источника питания до пистолета не превышает 3 м).
Установки для микросварки и размерной обработки. Установки этой группы предназначены для сварки и размерной обработки малогабаритных деталей радиоэлектроники, приборостроения, точной механики, для которых характерны сложность геометрических форм, различные сочетания материалов и их толщин, большое количество операций, необходимых для получения готового изделия. К микросварке в настоящее время принято относить соединения изделий с толщиной стенки менее 1 мм, а также выводов толщиной 0,05…0,3 мм с контактными площадками печатных плат и микросхем. Размерная обработка охватывает ряд технологических приемов по резке, испарению, зонной и вакуумной очистке, фрезерованию и сверлению.
Установки для микросварки и размерной обработки, как правило, универсальны. Требования к точности выполняемых операций на деталях малых размеров обусловили следующие особенности установок этой группы: наличие высоковольтных энергоблоков, формирующих пучок с минимальным диаметром 10… 100 мкм при высокой стабильности параметров; сканирование пучка по изделию на небольшой площади с высокой степенью точности; работу электронной пушки как в непрерывном режиме, так и в импульсном; высокую точность перемещения изделия; использование для наблюдения за процессом оптических систем с увеличением в 50… 100 раз; создание в высоком вакууме при объеме сварочной камеры (даже при групповой загрузке деталей) не более 0,5 м3; применение автоматизированных систем управления, работающих в комплекте с программирующими устройствами или вычислительными машинами.
К числу установок для микросварки относятся разработанные в ИЭС им. Е. О. Патона установки У. Установка имеет ускоряющее напряжение, силу тока пучка , длительность одиночного сварочного импульса до 50 мс, минимальный диаметр электронного пучка на изделии 25 мкм. Установка в комплекте с вычислительной машиной “Электра-13″ предназначена для приварки контактов интегральных схем (100 контактов в 1 мин) и сварки контактов микроразъемов.
Установка предназначена для сварки различных материалов, в том числе и тугоплавких толщиной 0,05… 1 мм непрерывным и импульсным электронным пучком. Ускоряющее напряжение установки регулируется дискретно: 30, 40, 50, 60, 70 кВ. Нестабильность ускоряющего напряжения в диапазоне 30…70 кВ за 15 мин непрерывной работы не ниже 0,05%. Сила тока электронного пучка в постоянном режиме регулируется в пределах 0…5 мА, а в импульсном достигает 10 мА. Нестабильность тока пучка в диапазоне 0…5 мА составляет 0,3%. Длительность сварочного импульса регулируется в пределах 1…50 мс.
К рассматриваемой группе относятся также следующие установки. Установка, предназначенная для микросварки и размерной обработки тонких пленок и засветки фоторезиста, работает при ускоряющем напряжении до 180 кВ. Сила тока пучка до 2 мА, диаметр пучка менее 0,015 мм. Специализированная установка УЛ предназначена для герметизации корпусов приборов, автоматизированная установка УЛ191 — для микросварки корпусов приборов, а установка У — для сварки полупроводниковых гибридных микросхем и др. На базе установки УЛ разработана установка, предназначенная для микро-сварки тонкостенных металлических корпусов приборов. Установки серийно изготовляются в двух модификациях: УЛС-3 с безмасляным вакуумом и с применением традиционных пароструйных вакуумных агрегатов.
