Сварка, склеивание пластмасс

Работы по контролю качества сварочных работ проводят в три этапа:

- Предварительный контроль, проводимый до начала работ:

- Контроль в процессе сборки и сварки ( по операционный ).

- Контроль качества готовых сварных соединений.

Предварительный контроль включает в себя: проверку квалификации сварщиков, дефектоокопистов и итр, руководящих работами по сборке, сварке и контролю.

В процессе изготовления (пооперационной контроль) проверяют качество подготовки кромок и сборки, Режимы сварки, порядок выполнении швов, внешний вид шва, его геометрические размеры, за исправностью сварочной аппаратуры.

Последнее контрольная операция - проверка качества сварки в готовом изделии: внешний осмотр и измерения сварных соединений, испытания на плотность, контроль ультразвуком, магнитные методы контроля.

Проверка квалификации сварщика: квалификация сварщиков проверяют при установлении разряда. Разряд присваивают согласно требованиям, предусмотренным тарифно - квалификационными справочниками, испытания сварщиков перед допускам к ответственным работам производят по правилам оттистации сварщиков и специалистов сварочного производства.

Контроль качества основного металла. Качество основного металла должно соответствовать требованиям сертификата, который посылают заводы - поставщики вместе с партией металла необходимо произвести наружный осмотр установить механические свойства и химический состав металла.

При наружном осмотре проверяют отсутствие на металле окалины, ржавчины, трещин и прочих дефектов.

Предварительная проверка металла с целью обнаружения дефектов поверхности - необходимое и обязательная операция, благодаря которой можно предупредить применение некачественного металла при сварке изделия.

Механическое свойства основного металла определяют испытаниями стандартных образцов на машинах для растяжения, пессах и копрах в соответствии с ГОСТ 1497 - 73 металла методы испытания на растяжения.

Контроль качества сварочной проволоки: на проволоку стальную наплавочную устанавливают марку и диаметр сварочной проволоки, химический состав правило приемки и методы испытания, требования к упаковке, маркировки, транспортированию и хранению.

Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь металлическую бирку на которой указано наименование и товарный знак предприятия - изготовителя сварочную проволоку, на которой нет документации подвергают тщательному контролю.

Контроль качества электрода. При сварке конструкции, в чертежах которых указан тип электрода, нельзя применять электрод, не имеющий сертификата. Электрод без сертификата проверяют на прочность покрытия и сварочные свойства определяют так же механические свойства металла шва и сварочного соединения выполненного электрода из проверяемой партией.

Контроль качества флюсов. Флюс проверяют на однородность по внешнему виду, определяют его механический состав, размер зерна, объем массу и влажность.

Контроль заготовок. Перед поступлением заготовок на сборку проверяют чистоту поверхности металла, и габариты качества подготовки кромок.

Контроль сборки: собранному контролируют: зазор между кромками, притупление и угол раскрытия для стыковых соединений: ширину нахлестки и зазор между местами для нахлесточных соединений.

Контроль качества сварочного оборудования и приборов. Проверяют исправность контрольно - измерительных приборов, надежность контактов и изоляции правильность подключения сварочной дуги, исправность замкнутых устройств, электрододержателя, сварочных горелок, редукторов, проводов.

Контроль технологического процесса сварки: перед тем как преступить к сварке, сварщик знакомится с технологическими картами, в которых указаны последовательность операций, диаметр и марка применяемых электродов, режимы сварки и требуемые размеры сварных швов. Не соблюдения порядка наложение швов может вызвать значительную деформацию.

2. Склеивание пластмасс

Все пластмассы, независимо от их химической природы, полярности, способа обработки поверхности и т. д., могут быть склеены отверждающимися при обычных температурах полиуретановыми и эпоксидными клеями. Однако соединения, выполненные клеями холодного отверждения, могут оказаться недостаточно прочными в условиях эксплуатации, в особенности при повышенных температурах и высокой влажности.

Применение нагревания позволяет расширить ассортимент клеев для склеивания пластмасс и обеспечить надежность работы клеевых соединений. Для склеивания при повышенных температурах кроме полиуретановых и эпоксидных клеев пригодны также фенолополивинилацетальные композиции (типа БФ, ВС 0Т, ВС-350). Пластические массы на основе термореактивных полимеров (феноло- и карбамидоформальдегидных и меламиновых, полиэфиров, эпоксидов, полиуретанов и др.), как правило, хорошо склеиваются термореактивными клеящими композициями. Предложено также для склеивания различных пластмасс использовать цианакрилатные, фурановые клеи и клеи на основе различных синтетических каучуков.

В некоторых случаях пластмассы на основе термопластичных полимеров (поливинилхлорида, полистирола, эфиров акриловой и метакриловой кислот и др.) хорошо склеиваются без нагревания (с образованием равнопрочных с материалом соединений) с помощью растворителей или клеев, представляющих собой растворы полярных линейных полимеров в растворителях или мономерах.

Используя ультразвук при склеивании клеями на основе термопластичных полимеров различных пластмасс (фенопластов, полиамидов, полиацеталей) друг с другом и с фанерой, удается повысить прочность соединений и уменьшить продолжительность процесса склеивания. Разработан способ модификации поверхности полимерных материалов перед склеиванием галогенами и облучением УФ-лучамн. Для улучшения адгезионных свойств полимеров предложено обрабатывать их поверхность растворами хлорированных или бромированных органических аминосоединений и полисилоксаиов.

2.1 Факторы, влияющие на прочность клеевого соединения

Прочность клеевого соединения обусловлена адгезионным взаимодействием соединяемых поверхностей с клеевой прослойкой, а также негезионной прочностью этой прослойки и соединяемого материала к конструкцией соединительного шва.

Прочность клеевого соединения, его качество зависит от ряда факторов, многие из которых являются взаимоисключающими или одновременно изменяющими несколько характеристик клеевого соединения.

К этим факторам относятся: свойства склеиваемого материала (структура и полярность его макромолекул, растворимость и смачиваемость, состояние поверхности и др.), а также форма соединяемых деталей и площадь контакта, режим склеивания.

2.1.1 Адгезионное взаимодействие

Молекулярная теория адгезии, согласно которой, сцепление между разнородными телами обусловлено действием межатомных (химических) и (или) межмолекулярных (физических) сил, имеющих электрическую природу. В соответствии с этой теорией, для обеспечения высокой адгезионной прочности необходимо присутствие в клее и на склеиваемых поверхностях химически активных, полярных или способных поляризоваться групп. В этом случае между соединяемыми поверхностями возникают соответственно химические, ориентационные связи.

Положительное влияние полярности на прочность склеивания подтверждается тем, что хорошими клеящими свойствами по отношению к полярным полимерам и пластмассам на их основе обладают полимеры, макромолекулы, которых содержат уретановые, изоцинатные, гидроксильные, эпоксидные, карбоксильные, и другие полярные группы (полиуретаны, карбоксилсодержащие каучуки и др.).

Повышение полярности клея приводит к росту его адгезии, но повышение полярности клея при неполярном или слабополярном склеиваемом материале приводит к снижению прочности соединения. Основной путь повышения адгезии к таким неполярным полимерам, как полиэтилен, полиизобутилен, политетрафторэтилен, - применение клеев менее полярных, чем склеиваемые материалы.

Высокая прочность сцепления клея со склеиваемым материалом, различающихся полярностью, достигается, если поверхностная энергия первого равна или меньше поверхностной энергии второго. При соединении материалов различной полярности высокая прочность достигается при использовании клея на основе полимера, макромолекулы которого содержат различные по полярности и реакционной способности группы.

Одной из причин снижения прочности после достижения максимального значения можно считать повышение хрупкости клеевой прослойки. Таким образом, усиление внутри и межмолекулярного взаимодействия в пределах одной фазы препятствует взаимодействию на границе раздела фаз.

Следовательно, применение клея, в состав которого входят соединения с оптимальным содержанием активных групп, - один из эффективных способов регулирования прочности клеевых соединений.

Клеевые соединения в большинстве случаев эксплуатируются в условиях действия высоких температур, а межмолекулярные связи в этих условиях оказываются недостаточно устойчивыми. Наиболее высокую прочность соединения достигают с помощью такого клея, который обеспечивает образование межатомных связей между ним и склеиваемым материалом.

Если скорость растекания клея оказывается ниже, чем скорость его отверждения, то на склеиваемых поверхностях остаются незаполненные клеем полости.

При склеивании, например, отвержденных реактопластов желательно, чтобы поверхность была по возможности более гладкой.

Адгезия, которая была достигнута на стадии формирования клеевого шва, может изменяться в процессе отверждения и (или) затвердевания клеевой прослойки. Усадка полимера в этом случае может привести к увеличению расстояния между взаимодействующими молекулами или атомными группами и снижению в результате этого адгезионной прочности или к возникновению остаточных напряжений.

В процессе эксплуатации соединения адгезионная прочность может изменяться под влиянием окружающей среды (агрессивные среды, температура, постоянно действующие нагрузки и др.), а также в результате различия деформационных теплофизических и других характеристик клеевой прослойки и соединяемых материалов или химических и физических процессов, протекающих внутри клеевого шва и на поверхности его контакта с соединяемыми материалами.

2.1.2 Когезионная прочность соединяемых материалов

Прочность клеевого соединения, зависит от состояния склеиваемых поверхностей. В общем случае свойства поверхности полимеров корригирует с их когезионной прочностью. Однако возможны и отклонения в случае соединения полимеров, поверхность которых либо покрыта веществами с низкой поверхностной энергией и (или) низкой кагезионной прочностью.

Существенное влияние на прочность клеевых соединений деталей из термопластов оказывает морфология их поверхности, которая, в свою очередь, определяется технологией изготовления деталей.

Прочность склеивания полимерных материалов, считающихся плохо склеивающимися - таких, как полиамид, можно в десятки раз увеличить, если пленки этих полимеров получать на подножках из материалов с высокой поверхностной энергией(например, на алюминии), а затем металл удалять не механически, а растворением, поскольку при этом образуется пленка с высокой прочностью поверхностного слоя.

Аморфные не ориентированные термопластичные полимеры склеиваются легче, чем частично ил полностью кристаллические, так как у последних остается больше функциональных групп, способных взаимодействовать с функциональными группами клея. Кроме, того поскольку диффузия компонентов клея возможна только в более разрыхленные аморфные участки, повышение степени кристалличности снижает суммарную эффективную площадь контакта клея со склеиваемым материалом.

Прочность склеивания полимеров с низкой адгезией и поверхности полимерных материалов возрастает в десятки и сотни раз при увеличении степени шероховатости последней.

Если полимер набухает в растворителе или пластификаторе клея, то их действие на склеиваемую поверхность может привести к ее растрескиванию. В свою очередь, пластификатор из пластика может мигрировать и границе раздела, следовательно, влиять на процесс.

2.2 Выбор клеев

Для склеивания пластмасс существует очень большое число клеев на основе почти всех промышленных полимеров. При выборе клея учитывают, прежде всего, химическую природу соединяемых материалов, полярность, растворимость, реакционную способность, структуру поверхности. Не меньшую роль играют условия работы соединения, термический коэффициент линейного расширения соединяемых материалов, конструктивные особенности изделия и требования к технологическим свойствам клея. Существуют и универсальные клеи, которыми можно склеивать материалы любой химической природы. Это - клеи на основе эпоксидных полимеров, полиуретановых форполимеров, полиарилатов, каучуков и др. Как правило, рекомендуется использовать клеи, одинаковые или близкие по химической природе к полимерной основе материала. В этом случае физические и химические свойства клеевой прослойки (вода- и термостойкость, диэлектрические показатели, коррозионная стойкость и т.д.) будут близки к соответствующим свойствам соединяемого материала, а условия образования шва будут мало отличаться от условий формования деталей и не будут сказываться на свойствах пластмассы.

2.3 Виды клеёв

В качестве клеев применяют синтетические органические пластмассы, неорганические пластмассы, для изделий, работающих при высоких температурах, - керамические материалы.

Клеевые композиции можно разделить на клеи на основе термореактивных (фенолоформальдегидные, эпоксидные смолы, полиуретаны, на основе элементоорганических и неорганических соединений и др.) и клеи на основе термопластичных полимеров (полиэтилен, полиизобутилен, поливинилацетат, полиамиды и др.). Применение элементоорганических и неорганических соединений представляет интерес для создания на их основе теплостойких клеев, пригодных для длительной эксплуатации при повышенной температуре.

Кроме основы, определяющей клеящие свойства, клеи могут содержать разжижители, наполнители, растворители, размягчители, отвердители, ускорители, активаторы. Ускорители - вещества, повышающие скорость химической реакции, например при отверждении клея. Отвердители способствуют упрочнению основы клея с помощью химической реакции. Активаторы повышают адгезионные свойства клеев. Благодаря тому, что многие клеи можно получить в виде композиции из нескольких полимерных веществ, создано большое количество клеев с широкой гаммой свойств.

Клеи разделяются на физически твердеющие и химически твердеющие. Последние также подразделяются на клеи холодного и клеи горячего отверждения.

Физически твердеющие клеи. Молекулярные цепи располагаются в ближнем порядке в результате затвердевания расплава, испарения растворителя, протекания процесса ориентации с выделением энергии. Физически твердеющие клеи являются, как правило, однокомпонентными и содержат все составляющие, необходимые для упрочнения.

Химически твердеющие клеи. Твердение происходит в результате полимеризации. Химически твердеющие клеи обычно составляют из двух компонентов (второй компонент содержит отвердитель), которые перед употреблением перемешивают.

Клеи холодного отверждения. Отверждение клеев происходит при комнатной температуре. Эти клеи могут быть двухкомпонентными, содержащими клеящее вещество и отвердитель (эпоксидные смолы), или быстротвердеющими однокомпонентными.

Клеи горячего отверждения. Отверждение происходит при повышенных температурах. Прочность соединений выше, чем при склеивании клеями холодного отверждения. Клеящее вещество может использоваться в виде пленок (фольги), процесс отверждения проводится в автоклавах.

Дисперсные клеи состоят из органических материалов, которые в целях снижения вязкости диспергированы в водных растворах. Поэтому данные клеи можно разводить водой. Основа дисперсионных клеев нерастворима в диспергаторе.

Адгезионные клеи являются преимущественно растворами природных или синтетических каучуков. В этих клеях могут содержаться соответствующие добавки повышающие адгезию. Адгезионные клеи не твердеют, сохраняя вязкость. Ввиду слабой адгезии и когезии, соединения с использованием этих клеев обладают ограниченной прочностью.

Реакционные клеи состоят из низкомолекулярных органических веществ, отвердевающих в результате химической реакции (поликонденсации, полимеризации, вулканизации и др).

Контактные клеи - каучукообразные материалы, растворенные в растворителе. После испарения основной массы растворителя из клеевого слоя соединяемые детали подвергается давлению, в результате сразу получается прочное соединение.

Конструкционные клеи обеспечивают прочность соединения равную или соизмеримую с прочностью основного материала, и используются при создании силовых конструкций. Неконструкционные клеи предназначены для получения ненагруженных швов. Термином «специальные клеи» обозначают композиции, которые обладают ярко выраженными особыми свойствами, например, высокой термостойкостью, электропроводимостью, оптической прозрачностью, биологической инертностью (медицинские клеи).

К клеям для склеивания металлов предъявляют следующие требования: не вызывать коррозии соединяемых металлов и сплавов; иметь высокий уровень когезии и адгезии с металлами; иметь невысокую стоимость; обладать высокой климатической стойкостью и стойкостью при старении; не быть токсичными и не содержать в своем составе летучих растворителей; отверждаться при сравнительно небольшом давлении и низкой температуре; быть негигроскопичными, грибостойкими и негорючими; обладать в ряде случаев (исходя из условий эксплуатации) достаточной термостойкостью в определенном интервале температур, морозостойкостью, а также стойкостью к различным топливным средам и маслам, антифризам, органическим растворителям и другим специальным средам; достаточная жизнеспособность и длительный срок хранения компонентов клея, хорошая заполняемость зазоров между склеиваемыми деталями.

Выбор клея определяется свойствами склеиваемых материалов и требованиями, предъявляемыми к соединениям (назначением и условиями эксплуатации). Швы конструкционных клеев должны быть менее жесткими, чем склеиваемые металлы, и иметь коэффициенты температурного расширения, близкие к коэффициентам металла.

2.4 Технология склеивания полимеров

сварка полимерный прочность термопласт

Технология склеивания пластмасс включает следующие операции: приготовление клея, подготовку соединяемых поверхностей, нанесение клея, открытую выдержку, приведение соединяемых поверхностей в контакт, отверждения или затвердевание клея, контроль качества клеевого шва. Расчет каких-либо технологических параметров процесса склеивание в настоящее время невозможно.

Приготовление клея заключается в смешение его отдельных компонентов в соотношение и последовательности, определяемых рецептурой. Основное правило при смешении - введение отвердителя или ускорителя непосредственно перед применения клея. В ряде случаев потребитель получает уже готовый клей, так что необходимость в этой операции отпадает.

Подготовка соединяемых поверхностей является одной из важнейшим операций в технологии склеивания. Она заключается в подготовке их друг к другу к специальной обработке или очистки. Ровные, хорошо подогнанные поверхности склеиваемых материалов необходимы для получения тонкой равномерной по толщине клеевой прослойки. Особенно тщательная подгонка поверхности должна быть при склеивании клеями, в момент запрессовки обладают как малые, так и слишком большой текучестью.

Способ обработки поверхности зависит от типа пластмассы и природы клея. Композиционные пластики и пластмассы на основе отвержденных реактопластов через склеиванием обрабатывают преимущественно механическим способом. При этом не только увеличивается истинная площадь склеивания и на поверхности материала обнажаются частицы, более легко склеивающиеся наполнители, но и удаляются различные загрязнения, смазки и т.д.

Перед нанесением слоя обработанные поверхности промывают растворителем (кетоны, бензин) или протирают тампоном, смоченным в растворителе и сушат при 293-238 К, в течении нескольких минут.

Наряду с механической обработкой для некоторых типов отвержденных реактопластов применяют химическую обработку. Например, фенопласты обрабатывают ацетоновым раствором оксипроизводных бензола и других ароматических соединений.

Эффективный способ повышения прочности склеивания - нанесение подслоев (грунтов) из разбавленных растворов полимеров.

Одним из современных способов подготовки поверхности пластиков, упрочненных волокнистым наполнителем, служит нанесение перед формованием детали на участки, подлежащие склеиванию, слоя ткани из термопластов или стеклянной ткани, покрытой фторопластом или кремнийорганическим полимером, и удаление этого слоя непосредственно перед нанесением клея. Эти защитные слои, называемые иногда «жертвенными», защищают пластик на стадиях переработки, предшествующих склеиванию, и способствуют созданию шероховатого рельефа поверхности.

Применение клеев, которые адсорбируют жировые и масляные загрязнения, исключает из технологического процесса операции очистки.

Обработку поверхностей термопластов также производят механическим, химическим, физическим или комбинированными способами.

К физическим методам обработки поверхностей через склеивание относятся: электрическая обработка, в том числе наиболее эффективная ее разновидность - обработка. Электронно-возбужденным инертным газом ультрафиолетовое и радиоактивное облучение.

Приложенные давление (запрессовка) во время приведения соединяемых поверхностей в контакт обеспечивает фиксирование деталей, достижение более полного контакта между клеем и склеиваемым материалом и созданием клеевой прослойки оптимальной толщины. Чем меньше толщина клеевой прослойки, тем выше прочность соединения при равномерном отрыве или сдвиге.

Давление при склеивании создают различными способами, зависящими от конструкции изделия, формы и размеров шва, типа клея, серийности производства: с помощью груза, а пневматических или гидравлических прессах, с помощью вакуумного мешка, в прессах с винтовыми или экстрентиловыми зажимами, стягивающими лентами, в сборочных стапелях, дополнительно оборудованных различными зажимами, устройствами.

Отверждение клеев на основе реактопластов является наряду с подготовки поверхности важнейшей операцией в технологии склеивании. Выбор режимов (температуры, продолжительности, давлении) отверждения клея зависти не только от его природы, но и от типа соединяемого материала и условий эксплуатаций изделий.

Нагрев склеиваемых участков производят в термошкафу, контактными нагревателями высокочастотным способом или с помощью ультразвука.

Давление во время отверждения необходимо увеличить по сравнению с давлением в момент запрессовки, если повышается противодавление летучих продуктов в клеевом шве.

Затвердевание термопластичных клеев происходит в результате испарения растворителя или охлаждения зоны шва.

2.5 Дефекты клеевых соединений

Дефекты клеевых соединений возникают при несоблюдении параметров процесса склеивания и при использовании некачественного клея. К дефектам относятся: пониженная прочность, непроклеи, пористость, большая толщина шва, расслаивание и трещины клеевого слоя.

Пониженная прочность соединений является следствием плохой подготовки и очистки поверхностей деталей, наличия непроклеев, недостаточного и неравномерного давления, высокой вязкости клея и слишком тонкого слоя клея.

Пористость может образоваться в результате недостаточно длительной открытой выдержки или выдержке при слишком низкой температуре, когда в клеевом слое остается растворитель. Пористый шов образуется также при недостаточном давлении и больших зазорах между деталями.

Утолщенный шов формируется при недостаточном давлении, больших зазорах, слишком большой продолжительности открытой и закрытой выдержки, особенно при повышенной температуре и склеивании клеями холодного отверждения.

Расслаивание и трещины клеевого слоя являются результатом действия внутренних напряжений, возникающих преимущественно при слишком высоких давлениях. Причиной внутренних напряжений могут быть также усадочные явления при полимеризации клея. Небольшие внутренние напряжения образуются в клеевых композициях на основе эпоксидных смол. Это связано с тем, что такие клеи отверждаются практически без выделения летучих компонентов, а во многих композициях растворители отсутствуют.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Литература

1. Бокарев, Д.И. Сварка пластмасс и склеивание металлов [Текст]: учеб. пособие/ Д.И. Бокарев. - Воронеж.: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004. - 172 с.

2. Комаров, Г.В. Способы соединения деталей из пластических масс [Текст]/ Г.В. Комаров. - М.: Химия, 1979. - 288 с.

3. Ольшанский, Н.А. Специальные методы сварки [Текст]/ Н. А. Ольшанский, Г.А. Николаев. - М.: Машиностроение, 1975. - 232 с .

4.Троянская, Е.Б. Сварка пластических масс [Текст]/ Е.Б. Троянская, Г.В. Комаров, В.А. Шишкин. - М.: Машиностроение, 1967. - 231 с.

Размещено на Allbest.ru