УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА ПОЛИМЕРОВ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНОГО ШВА. Ультразвуковая сварка полимеров и контроль качества сварного шва
 Скачать 432.99 Kb.
|
|
Технологические параметры ультразвуковой сварочной установки: - ультразвуковой генератор с регулируемой мощностью; - регулируемая скорость сварки; - комплект волноводов с различным коэффициентом усиления амплитуды колебаний и сварочных наконечников с различным размером рабочего пятна. Эксперименты по выявлению управляющих воздействий на процесс ультразвуковой сварки проводились в следующем диапазоне технологических параметров: - уровень ультразвуковой мощности (от 50 до 200 Вт) - рабочая частота 22 кГц - величина амплитуды колебаний сварочного наконечника (от 20 до 70мкм) - регулируемая скорость подачи свариваемого полотна относительно сварочного наконечника (от 1 до 8м/мин) - регулируемое усилие давления сварочного наконечника (от 20до 60Н) - размер пятна ультразвукового инструмента (от 0,3 до 1мм) - ширина сварного шва (от 1 до 2 мм) - толщина сварного шва (от 100 до 1000 мкм) Существующие в настоящее время методы контроля качества сварного шва[2], получаемого ультразвуковым способом достаточно трудоемки и не удовлетворяют в полной мере условиям получения качественных соединений. Одним из эффективных методов неразрушающего контроля является оптический метод. Однако получаемые сварные изделия полимерных материалов имеют различную толщину и разные оптические свойства, что ограничивает их использование. Наиболее актуальным является разработка единой схемы и методики контроля, которая в дальнейшем может быть встроена как управляющая система в технологический цикл ультразвуковой сварки изделий. Схема технологического контроля должна также предусматривать возможность использования с различным технологическим сварочным оборудованием. Дефекты сварки (непровар, присутствие сварных газов, расслоение) снижают качество и прочностные характеристики сварного шва изделия. Для проведения экспериментальных исследований контроля качества таких изделий были выбраны ряд типичных образцов сварных изделий полотна, представленных на (рис 8).  Рис. 8. Образцы сварных изделий: 1– Сварка 2-х частей полотна (толщина 160мкм.+160мкм); 2– Сварка 2-х частей полотна (толщина 160мкм.+160мкм.) и крепёжного канта; 3– Сварка 2-х частей полотна (толщина 340мкм.+340мкм.) и крепёжного канта; 4.Сварка 2-х частей прозрачного полотна (толщина 180мкм.+180мкм.) Швы сваренных образцов просматривали и фотографировали через лабораторный микроскоп и инструментальный микроскоп после различных режимов сварки. Меняя режимы сварки добивались наилучших результатов. Образцы испытывались также на прочность сварного соединения. Брали сваренное изделие и отрезали из неё образцы длиной, равной 1/10 части погонного метра сварного шва (100мм) с частью полотна по обе стороны от шва, т. е. части от обеих полотен для зажима. Один конец полотна зажимали в приспособлении на другой конец подвешивали груз массой 16 кг, превышающий требования технического задания на сварной шов. Требования на прочность по техническому заданию 150 кг на погонный метр сварного шва, а на 1/10 часть, соответственно, 15 кг. Проведены натуральные испытания прочности сваренных образцов. Все образцы, сваренные на различных режимах, прошли испытания на нагрузку. Образцы, полученные сваркой на оптимальных режимах при испытаниях по шву не рвались, материал полотна растягивался примерно на 300 мм. за 3,5 часа и далее начинал утончаться и рваться не по сварному шву и не в околошовной зоне, а по основному материалу на расстоянии примерно 40 мм от линии шва. Испытания показали, что прочность сварного шва, полученного способом ультразвуковой сварки, на оптимальных режимах, превышает прочность основного материала полотна и требования технического задания. Таблица 3. Фотографии образцов сварных швов представлены на рис.8, 9. На Рис.8 представлены элементы образцов изделий натяжных потолков, полученных в процессе экспериментальной работы. На Рис.9 представлены фотографии качественных сварных швов образцов с увеличением Х 20. Фотографии сварного шва образцов с увеличением Х 20   Рис. 9 Качественные сварные швы Образец шва полотен 340+340мкм. Образец шва полотен 160+160мкм Оптимальные параметры режима сварки зависят от свойств свариваемого материала, толщины и формы изделий и других факторов и устанавливаются в каждом случае экспериментально, применительно к конкретном изделиям. Оценка режима обычно проводится по показателям прочности сварного соединения. Кроме того, проверяют его на герметичность, деформацию идругие характеристики. Таблица 3. Зависимость прочности сварного соединения от амплитуды колебаний сварочного инстумента - А (мкм)
 В результате проведенной опытно-исследовательской работы определены основные управляющие параметры, влияющие на качество сварки плёнки из сверхпрочного винила и величины этих параметров: - амплитуда колебания сварочного наконечника – (А=65мкм) - усилие давления сварочного инструмента на обрабатываемое изделие (P= 32 Н) - скорость сварки – (V =3,8 м/мин) - ширина сварного шва — (0,8 мм) для полотен 160+160 мкм., (1,1 мм) - для полотен 340+340 мкм. В таблице № 1 показано, насколько прочность сварного соединения зависит от величины амплитуды ультразвукового сварочного наконечника. Получены качественные изделия, соответствующие техническим требованиям. Преимущества ультразвуковой сварки: - возможность введения эффективной автоматизации и управления параметрами технологического процесса - повышение производительности труда, за счет исключения операций с соединительными материалами - возможность совмещения операций, например одновременного сваривания и резания, сваривания и нанесения рисунка - исключение расходов на соединительные материалы (клей, растворитель, нитки), используемые при традиционных методах - отсутствие вредных для человека растворителей Область применения: легкая промышленность автомобилестроение приборостроение строительство и т.д. В настоящее время в Центре ведутся работы по определению методов контроля и управления процессом ультразвуковой обработки различных материалов. В Научно-Инновационном Центре Ультразвуковых технологий Северо-западного технического университета разрабатываются ультразвуковые технологии, разрабатывается и изготавливается весь спектр ультразвукового технологического оборудования: Ультразвуковое резание ( точение) Ультразвуковая упрочняюще-финишная обработка металлов Ультразвуковая сварка металлов, пластмасс Ультразвуковая интенсификация процессов мойки, очистки деталей; диспергирование, эмульгирование, полимеризация и т. д. Список литературы 1. Волков С.С., Орлов Я.Н., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. М. «Энергия», 1974 2. Баландин Г.Ф., Коган М.Г., Силин Л.Л. Ультразвуковая сварка. –М.: Машиностроение, 1976 3. Абрамов О.В. Воздействие мощного ультразвука на жидкие и твердые материалы. – М.: Наука. 2000 4. Харбенко И.Г. Ультразвук в машиностроении. –М.: Машиностроение, 1996 5. Ботаки А.А., Ульянов В.А., Шарко В.А. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. -М.: Машиностроение. 1983 6. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. Киев, «Техника», 1972 7. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Ультразвуковой контроль сварных соединений. – 3-е изд. перераб. и доп. –М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000 |