Сварка горячим газом - Hot gas welding - Wikipedia

Сварка горячим газом это руководство пластиковая сварка процесс присоединения термопласт материалы. Горючая горелка используется для направления горячего воздуха как на поверхность соединения, так и на сварочный стержень, нагревая материалы до температуры их размягчения. Приложение давления на нагретый сварочный стержень к поверхности соединения связывает материалы вместе, образуя законченный сварной шов. Этот метод нелегко автоматизировать и в основном используется для ремонта или индивидуальных производственных нужд небольших или сложных компонентов.

Техника сварки

При сварке горячим газом используются две распространенные формы сварки: ручная сварка и скоростная сварка. Прихваточную сварку можно использовать для установки компонентов в положение для выполнения фактического процесса сварки.

Ручная сварка

Ручная сварка - это метод, при котором сварочный стержень прикладывается сварщиком непосредственно к стыку. Это также упоминается как сварка от руки или же вентиляторная сварка.^[1] Горелка для горячего газа перемещается одной рукой для быстрого нагрева сварочного стержня и поверхностей соединения маятниковым способом. К сварочному стержню прилагается давление, которое регулируется вручную без помощи сопла. Этот метод подходит для большинства конфигураций и может быть полезен для сварки узких, ограниченных участков или сложных конструкций соединений, поскольку применение сварочного стержня ограничено только достижимыми положениями сварки.

Скоростная сварка

В скоростной сварке используется специально разработанное сопло, которое позволяет горелке с горячим газом и сварочному стержню быть единой системой. Сопло облегчает нанесение сварочного стержня на соединение через подающую трубку. Сопло равномерно нагревает материал сварочного стержня и обеспечивает контролируемое приложение давления. Дно сопла предназначено для нагрева поверхности стыка и ввода сварочного стержня в канавку. Форсунки изготавливаются для подающих трубок с учетом специфических форм и размеров сварочного стержня и доступны для круглых или треугольных стержней обычных размеров. Использование скоростной сварки ограничено применениями простой конструкции и ориентации стыков из-за размера сопла и маневренности системы.^[1]

Параметры процесса

Температура газа, рабочее давление, скорость движения сварного шва, расход газа и ориентация горелки - все это влияет на целостность и механические свойства готового сварного шва. Температура и расход газа являются контролируемыми параметрами на основе входных данных системы. Давление приложения, скорость движения сварного шва и ориентация горелки зависят от оператора, выполняющего сварку. Эти параметры взаимосвязаны, и все они существенно влияют на конечное качество сварного шва.

Температура газа и расход

Температура газа - это контролируемый входной сигнал, точность которого следует контролировать до начала процесса сварки. Температуры горячего газа выбираются выше температуры плавления материала или температура стеклования. Достаточная температура требуется для преодоления энергии активации материалов, что приводит к снижению вязкости и увеличению текучести для поддержания распространение через интерфейс сварки. Продолжительное воздействие повышенных температур, превышающих рекомендации производителя материала, может привести к окислению, деформации или молекулярному разрушению, что может привести к повреждению сустава.^[2] Калибровку и проверку выходной мощности следует проводить после стабилизации температуры газа в сварочной горелке. Сопла со скоростным наконечником направляют тепло непосредственно на соединение в определенной области, что обеспечивает эффективную теплопередачу к сварным поверхностям. Если не поддерживать достаточную скорость движения сварного шва, рекомендуемые температуры сварки выше температуры стекла или температуры плавления материала в этих областях сварного шва могут быть превышены и привести к дефектам.^[1]

Тепловое расширение от процесса сварки может привести к деформации и развитию дефектов сварного шва, если компоненты детали не закреплены должным образом. Также следует учитывать материал рабочей поверхности, чтобы избежать потерь тепла, которые могут привести к непроварке или расплавлению из-за недостаточного нагрева соединяемых поверхностей.^[1][2]

Достаточная скорость потока горячего газа необходима для поддержания адекватного равномерного нагрева сварочного стержня и поверхностей соединения. Скорость потока можно контролировать с помощью воздуходувки или воздушного компрессора. Во избежание загрязнения сварного шва подаваемый горячий газ не должен содержать влаги и примесей. Вентилятор или компрессор подходящего размера можно использовать для нескольких горелок горячего газа, если одна из них не встроена в отдельную сварочную горелку.^[1]

Сварочная энергия

Энергия сварки, передаваемая на поверхность сварного шва во время сварки горячим газом, может использоваться для прогнозирования общей прочности готового соединения. Энергия сварки (E_ш) определяется с использованием температуры и расхода газа с использованием следующего соотношения:

${\displaystyle E_{w}={\frac {c_{p}{\bigl (}T_{2}-T_{1}{\bigr )}q_{v}\rho }{S_{w}}}}$

где параметры горячего газа включают удельную теплоемкость (c_п), начальная и конечная температура (Т₁ и Т₂соответственно), объемный расход (q_v) и плотности (${\displaystyle \rho }$). Эти свойства делятся на скорость перемещения сварного шва (S_ш).^[2] Исследования, проведенные на полукристаллических материалах, пришли к выводу, что чем выше подводимая энергия сварки на поверхности, тем выше прочность соединения.^[2] Высокая энергия сварки связана с более низкой вязкостью сварочной поверхности. Менее вязкая поверхность обеспечивает повышенную диффузию по границе сварного шва, что приводит к более прочному сварному шву, тогда как более высокая вязкость не поддерживает диффузию так легко и может привести к снижению прочности соединения.^[3]

Свойства горячего газа различаются в зависимости от типа среды, используемой для сварки. Воздух используется в большинстве приложений. В некоторых случаях производитель материала может рекомендовать использование других типов горячего газа, например двуокиси углерода или азота, если при других условиях сварки может присутствовать потенциальный риск для здоровья и безопасности.^[1]

Давление

Давление приложения влияет на общую глубину проплавления и качество соединения. Давление прикладывается вручную либо через сварочный стержень напрямую, либо к соплу скоростного наконечника.^[3] И техника сварки, и конструкция соединения влияют на величину давления, передаваемого на сварной шов.

Недостаточное давление может привести к пористости поверхности раздела сварного шва, плохой смачиваемости и отсутствию дефектов плавления. Горячий газ может попасть между сварочным стержнем и поверхностью соединения, что приведет к образованию пор. Одним из способов уменьшить наличие пор является создание корневого зазора как части конструкции соединения, через которую могут выходить горячие газы.^[2] Незаплавленные участки сварного шва и наличие пор могут значительно снизить общую прочность соединения.

Приложение давления может быть менее эффективным при ручной сварке по сравнению с использованием насадки Speed; однако оба зависят от навыков оператора. Конструкции с двойным V-образным соединением хорошо подходят для выдерживания более высокого эффективного сварочного давления по сравнению с одно-V-образными соединениями и менее подвержены дефектам сварки.^[2]

Скорость хода сварного шва

Свойства материала свариваемых компонентов, температура горячего газа, размер сварочного стержня и используемая технология - все это влияет на скорость движения сварного шва. Из-за ручного характера сварки горячим газом этот процесс обычно происходит медленнее, чем другие методы сварки термопластов. Более высокая скорость движения сварного шва может быть достигнута с помощью насадки-наконечника. Локализация высокотемпературного газа на поверхности сварного шва позволяет термопластам быстрее нагреваться и легче течь, что приводит к увеличению скорости сварки.^[2] Слишком высокая скорость сварки может привести к растяжению сварочного стержня, неравномерному заполнению стыка и снижению общей прочности сварного шва. Если скорость слишком низкая, это может привести к повреждению сварного шва в результате длительного воздействия высоких температур.

Ориентация факела

Угол ориентации сварочной горелки и сварочного стержня зависит от техники сварки, материала стержня и конструкции соединения.

Скоростная сварка

Чтобы обеспечить постоянное давление при сохранении надлежащего выравнивания относительно канавки соединения во время сварки с наконечником, рекомендуется, чтобы сварщик располагал рукоятку под горелкой для горячего газа. Достаточное проплавление и качество сварки достигаются, когда на сварочный пруток оказывается небольшое давление, когда он подается через подающую трубку, и поддерживается одновременное тянущее движение вниз с постоянной скоростью движения на протяжении всего сварочного прохода.^[1]

Ручная сварка

При ручной сварке ориентация сварочного стержня относительно канавки зависит от материала. Рекомендуемые углы сварных стержней устанавливаются для материалов на основе достижения надлежащего проплавления без появления дефектов или дополнительных напряжений в соединении. Точное позиционирование приведет к видимому "лук волна”Эффект в корне, указывающий на диффузию через поверхность сварного шва. Неправильный угол может привести к неравномерному нагреву и дефектам сварки или недостаточному давлению для получения прочного соединения.^[1]

Квалификация сварщика

В промышленных применениях процессы сварки горячим газом успешно выполняются обученными и квалифицированными операторами, которые прошли сертификацию в соответствии с требованиями стандартов EN 13067 или AWS B2.4.^[3] EN 13067 - это международный стандарт для квалификации сварщиков термопластичных сварных узлов, который включает методы и процессы сварки горячим газом. В Американское сварочное общество (AWS) опубликовал AWS B2.4 как американский стандарт аттестации для процедур и характеристик сварки термопластов. Эти стандарты подробно описывают надлежащую технику и конструкцию соединений, которые могут использоваться в различных сварочных ситуациях.

Рекомендации

1. Справочник по соединению пластмасс: Практическое руководство. Тротон, Майкл Джон (2-е изд.). Норвич, Нью-Йорк: Уильям Эндрю. 2008 г. ISBN  9780815515814. OCLC  302420421.
2. Балкан, Онур; Демирер, Халил; Эздешир, Айхан; Йылдырым, Хусейн (1 апреля 2008 г.). «Влияние процедур сварки на механические и морфологические свойства листов из ПЭ, ПП и ПВХ, сваренных встык горячим газом». Полимерная инженерия и наука. 48 (4): 732–746. Дои:10.1002 / pen.21014. ISSN  1548-2634.
3. Marczis, B .; Цигани Т. (2006). «Взаимосвязь параметров сварки полипропилена, сваренного горячим газом». Полимерная инженерия и наука. 46 (9): 1173–1181. Дои:10.1002 / pen.20570.