Техники сварки пластиков: 8 проверенных методов и их преимущества

Для новичков в изготовлении пластиковых деталей термин «сварка» может быть несколько незнаком. Обычно сварка обозначает процесс соединения двух металлов плавлением и сплавлением. Однако сварка подразумевает слияние двух или более частей теплом, будь то металл или пластик.

Сварка пластиков имеет широкое промышленное применение, и существуют разные техники сварки пластиков. Эта статья рассматривает сварку пластиковых деталей, её общие этапы и восемь техник сварки пластиков, используемых в производстве деталей в пластиковой промышленности.

Что такое сварка пластиков?

Сварка пластика — процесс, применяемый в изготовлении пластиковых деталей для соединения двух совместимых термопластов. Она включает подготовку двух термопластиковых деталей, их прижим в предложенных стыках и нагрев с использованием нескольких техник нагрева. Более того, используемая техника нагрева в основном зависит от пластикового материала. Например, ультразвуковая сварка пластиков часто используется для ПВХ, так как она не предполагает прямого нагрева, ведущего к выделению опасных газов материалом.

Непрерывное применение давления во время нагрева и остывания формирует молекулярную связь между двумя деталями. Следовательно, сваренные швы пластиков прочны, в отличие от других процессов соединения пластиков, таких как клеевые и заклепные соединения. Сварка пластиков широко используется в медицине, электронике, строительстве и др.

Подробнее: Узнайте различия между заклепкой и сваркой.

3 этапа сварки пластиков

Сварка двух полуфабрикатов из пластиковых смол, полученных литьем под давлением или другими процессами, может быть сложной. Поэтому этот раздел показывает этапы сварки пластика независимо от техники сварки.

Этап 1: Подготовка рабочего места и очистка пластика

Первое — организовать рабочее место. Помещение нуждается в хорошей вентиляции, так как большинство техник нагрева выделяют опасные газы. Кроме того, операторы должны носить средства защиты.

Очистите термопласты для обеспечения качественного сваренного шва. Очистка достигается мытьем с мылом и теплой водой и сушкой чистой безворсовой тканью. Также рекомендуется удалять пятна с помощью жидких растворителей: метилэтилкетон (МЭК), наждачная бумага 80 фрит или шпатель для краски.

Этап 2: Соединение пластика

Зажимите и закрепите две пластиковые детали для формирования и удержания желаемого стыка. Кроме того, разместите пластиковые детали на верстаке и зафиксируйте их с помощью Г-образных зажимов. Стиль соединения пластика зависит от техники сварки. Например, ультразвуковая сварка подходит только для накладных стыков.

Этап 3: Завершение шва

Исправьте шов перед остыванием для устранения проблем вроде гладкости. Дайте сваренному пластику остыть около 5 минут или до комнатной температуры. Кроме того, зашлифуйте сваренный шов после остывания или используйте другие процессы поверхностной отделки для придания гладкости.

8 методов сварки пластиков

В пластиковой промышленности существует различные техники сварки пластиков на основе разных процессов нагрева. Вот восемь распространенных методов в производстве деталей.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка пластиков использует механические вибрации высокой частоты (15–40 кГц) и низкой амплитуды для соединения двух пластиковых полимеров. Механическая вибрация генерирует трение тепло, которое в свою очередь плавит пластиковые полимеры. Благодаря механическим вибрациям формируется молекулярная связь между пластиковыми полимерами. Поэтому ультразвуковые сваренные швы пластиков прочны и высочайшего качества.

Преимущества ультразвуковой сварки

• Высокая производительность и короткие сроки выполнения
• Высокая безопасность, так как не нагревает пластиковые детали прямым теплом
• Отсутствие прямого нагрева делает её подходящей для материалов вроде поливинилхлорида, известного выделением опасных газов при прямом воздействии тепла
• Производит высококачественные сваренные швы, улучшая эстетическую ценность

Недостатки ультразвуковой сварки

• Метод не подходит для термопластов с высоким содержанием влаги и твердых/прочных термопластов вроде полипропилена
• Процесс не идеален для толстых материалов вроде полипропилена, так как большинство ультразвуковых преобразователей имеют выходной диапазон 100–150 мм
• Подходит только для перекрывающихся стыков. Другие стыки (угловые, край-к-краю, Т-образные, краевые) несовместимы
• Высокий лид-тайм из-за числа инструментов и процессов

Лазерная сварка

Лазерная сварка — процесс сварки пластиков, использующий лазерный луч для расплава пластика. Однако тепло удерживается ниже температуры испарения пластиков. Давление затем применяется при расплаве, и остывание происходит для укрепления сваренных швов.

Лазерная сварка быстра и происходит разными способами. Поэтому существуют разные типы процессов лазерной сварки пластиков: гибридная, одновременная, контурная и однопроходная. Скорость зависит от процесса, пластиков и лазерной сварки.

Преимущества лазерной сварки

• Может нагревать всю сварочную поверхность или отдельное пятно
• Высокая точность, поэтому используется в авиакосмической отрасли
• Сварка может происходить при комнатной температуре или специальных условиях
• Подходит для сварки пластиков со сложным дизайном
• Сваренные швы имеют высокую эстетическую ценность, чистый вид
• Скоростной процесс, популярный в быстром прототипировании

Недостатки лазерной сварки

• Не подходит для толстых пластиков (выше 0,5 дюйма), чтобы не приводить к плохим швам
• Может приводить к пористости и хрупкости шва
• Высокая начальная стоимость инвестиций

Тресковая сварка (Friction Welding)

Тресковая сварка не требует прямого приложения тепла для сварки. Поэтому это распространенный процесс для соединения пластика, не требующего прямого нагрева. Процесс использует принцип трения для соединения пластикового материала.

Включает приложение внешнего давления на оба пластиковых материала путем их перемещения или вращения друг относительно друга. Движение производит трение, генерируя тепло, плавящее пластики. После плавления применяется равномерно увеличивающаяся сила давления к обоим материалам до формирования постоянного стыка. Существует два типа тресковой сварки:

Непрерывная индукционная тресковая сварка

Процедура следует описанной выше. Однако движение, отвечающее за генерацию тепла, идет от ротора, соединенного с ленточным тормозом. Когда генерируемое тепло превышает температурный лимит пластика, ленточный тормоз останавливает ротор при увеличении давления до حدوث сварки.

Инерционная тресковая сварка

Аналогична непрерывной индукционной. Однако маховик двигателя и маховик вала заменяют ленточный тормоз. Хотя соединены в начале сварки, маховики разделяются при достижении предела трения/скорости. Низкий момент инерции валового маховика заставляет его остановиться. Непрерывное приложение силы давления продолжается до формирования сваренного стыка.

Преимущества тресковой сварки

• Легкое удаление оксидов и загрязнений при начальном трении
• Подходит для непохожих пластиков
• Нет деформации и волнистости материала из-за низкого тепла
• Высокое качество сваренного стыка
• Высокая скорость сварки
• Экологически чистая
• Не требует расходников и специального питания

Недостатки тресковой сварки

• Подходит только для круглых прутков с одинаковым сечением и угловых/плоских стыков типа «край-к-краю»
• Высокая начальная стоимость инвестиций

Высокочастотная сварка (High Frequency Welding)

Высокочастотная сварка включает сварку пластиковых полимеров с использованием электромагнитного поля (13–100 МГц). Это генерирует тепло внутри материала (не требует прямого нагрева). Оператор непрерывно применяет давление для сплавления пластиков до формирования шва, и происходит удаление тепла для охлаждения сваренного стыка.

Это производит прочный сваренный шов со схожими или даже лучшими свойствами, чем исходные материалы. ВЧ-сварка — наиболее подходящий процесс для непохожих пластиковых материалов. Хотя полезна в пластиковой промышленности, совместима лишь с небольшим числом материалов. Распространенные: поливинилхлорид, EVA, PET-G и другие представители семьи PET.

Преимущества высокочастотной сварки

• Меньшее эффективное растрескивание
• Малый тепловой влияния
• Высокая скорость сварки (около 100–120 м/мин)

Недостатки высокочастотной сварки

• Излучает много тепла
• В зависимости от машины, имеет малую зону нагрева
• Износ контактной головки

Вибрационная сварка (Vibration Welding)

Вибрационная сварка включает трение пластиковой детали на определенной частоте и амплитуде. Это приводит к генерации трения тепла, плавящему участок стыка и создающему сваренный шов. Существует два типа вибрационной сварки:

Линейная вибрационная сварка

Использует трение тепло, генерируемое перемещением одной пластиковой детали относительно другой при заданном смещении для плавления участка стыка. Процесс продолжается при постоянном давлении после остановки вибрации до остывания сваренного стыка.

Орбитальная вибрационная сварка

Включает вибрацию верхней секции пластиковой детали в непрерывном круговым движении во всех направлениях. Это генерирует тепло, плавящее пластиковую деталь. Вибрация останавливается при достижении точки плавления, чтобы сваренный шов мог затвердеть.

Преимущества вибрационной сварки

• Не требует расходников
• Не требуется подготовка поверхности
• Высокая энергоэффективность
• Подходит для сварки тонких пластиковых материалов
• Подходит для сварки пластиков неправильной формы

Недостатки вибрационной сварки

• Сварочная поверхность должна быть плоской и горизонтальной
• Ограниченные совместимые материалы
• Дорогое оборудование

Сварка горячей пластиной (Hot Plate Welding)

Включает нагрев пластины и использование её для плавления стыковочных поверхностей двух термопластов. После плавления двух половин они соединяются и оставляются на заданный период для формирования молекулярной, постоянной и герметичной связи.

Сварка горячей пластины требует экстремальной точности и контроля. Подходит для любого термопластичного материала, но больше применима для мягких и полукристаллических термопластов, напр., ПП и ПЭ.

Преимущества сварки горячей пластины

• Подходит для соединения крупных пластиков
• Производит прочные сваренные швы
• Короткий цикл в зависимости от времени достижения точки плавления пластика

Недостатки сварки горячей пластины

• Не подходит для сварки тонких пластиков ниже 0,1 дюйма
• Оборудование требует высокого уровня обслуживания

Сварка горячим газом (Hot Gas Welding)

Сварка горячим газом используется в изготовлении термопластов и включает ручной сварочный пистолет, дующий паром газа или воздуха для нагрева сварочных стержней и полимеров. Пластиковые материалы размягчаются при нагреве выше точки плавления, формируя сваренный шов. Затем остывают, образуя твердый сваренный шов.

Процесс сварки горячим газом применяется в изготовлении емкостей, трубопроводов, теплообменников, водяных баков и т.д., изготовленных из похожих пластиковых полимеров.

Преимущества сварки горячим газом

• Оборудование очень портативно
• Не требует электричества для работы
• Не требует тяжелого оборудования
• Не требует высокой технической экспертизы

Недостатки сварки горячим газом

• Скорость нагрева очень медленная, делая процесс медленным
• Не подходит для более толстых пластиков

Вращательная сварка (Spin Welding)

Вращательная сварка или тресковая сварка вращением — процесс для сварки термопластиковых деталей с вращательно-симметричными стыковочными поверхностями. Включает трение деталей вместе (одна стационарная) под давлением в однонаправленном круговым движением. Это генерирует трение тепло, плавящее и связывающее пластики. Сваренный шов затем затвердевает после остывания.

Преимущества вращательной сварки

• Простой процесс, требует меньше технической экспертизы
• Не требует расходников
• Высокая энергоэффективность
• Совместима со многими термопластами

Недостатки вращательной сварки

• Одна из пластиковых деталей для сварки должна иметь симметричную поверхность
• Дорого в настройке

Преимущества сварки пластиков

Сварка пластиков для производства имеет много преимуществ, поэтому применяется в нескольких отраслях и быстром прототипировании. Ниже несколько преимуществ:

Отсутствие дополнительных расходников

Нет необходимости в дополнительных расходниках: крепежах, растворителях, клеях. Следовательно, снижаются сложности, риски и затраты из-за лишних расходников.

Совместимость с любой формой стыка

Процесс подходит для деталей любой формы. Развитие различных техник сварки сделало возможной работу со сложными формами. Поэтому можно сваркивать детали с изогнутыми или неправильными формами легко.

Минимальная потребность в вентиляции

Некоторые техники сварки для пластиков не выделяют дыма, напр., вибрационная сварка. Следовательно, минимальна потребность в средствах защиты и инфраструктуре для вентиляции.

Экономичный вариант

Техника требует низкой потребности в расходниках и низкого циклического времени. Поэтому она эффективнее других методов соединения, таких как заклепка.

Высокоуниверсальный выбор сварки

Подходит для деталей любого размера или измерения. В отличие от других методов соединения. Например, заклепка требует минимального размера деталей в зависимости от заклепки. Единственное требование — найти наиболее подходящую среди всех техник сварки пластиковых деталей.

Легче, чем использование механических крепежей

Сварка пластиков не требует многих расходников. Следовательно, это снижает вес конечных сваренных изделий, в отличие от методов, использующих механические крепежи и заклепки, увеличивающие общий вес.

Шов постоянный

Сваренный шов постоянный, в отличие от клеев или других механизмов соединения пластиков. Поэтому это разумный выбор, когда не хотите, чтобы внутренний компонент был скомпрометирован.

Применение сваренных пластиковых деталей

Сварка пластиков применима в нескольких отраслях. Ниже некоторые сваренные пластиковые детали и отрасли их применения.

Авиация

Авиационные пластики требуют постоянной сварки, точной без компромисса их свойств. Поэтому процесс подходит для изготовления сваренных пластиковых деталей: внутренние панели, резервуары, поддоны.

Сельское хозяйство

Сваренные пластиковые детали: прокладки, ПВХ-ограждения, баки, водяные и туманные линии — имеют широкое применение в сельском хозяйстве.

Автомобилестроение

Автопром использует сварку пластиков для соединения пластиков в изготовлении решеток, радиаторов, корпусов батарей, облицовок арок колес, бамперов и т.д.

Морская отрасль

Процесс также применим в изготовлении лодок, балластных танков, рыбохранилищ, водяных баков и других сваренных пластиковых деталей для морской среды. Морская среда использует пластик из-за коррозионной стойкости и других свойств. Однако сваренные пластиковые детали могут собираться и сваркиваться вместе.

Сантехника

Сварка пластиков очень распространена в сантехнике, где применяется в изготовлении ДВВ-труб, сливов, смесителей и т.д. Такие детали производятся поодиночке и требуют сборки. В отличие от других процессов соединения пластиков, сварка постоянна, что является сильным фактором выбора.

Создайте свои пластиковые детали

RapidDirect — компания по быстрому прототипированию, предлагающая мощные производственные услуги для изготовления ваших пластиков. Мы предлагаем услуги литья под давлением, ЧПУ-обработки, сварки и многое другое, создавая детали высшего качества за короткий период.

Мы — компания ISO 9001:2015 с собственными заводами, передовым оборудованием и экспертной командой, способной помочь с вашим проектом. Более того, наша платформа мгновенных котировок обеспечивает точные расценки и эффективный анализ дизайна. Загрузите файл дизайна сегодня и получите котировку в реальном времени и бесплатный DFM-анализ в течение 12 часов. Мы предоставляем качественные услуги по конкурентоспособным ценам и быстрым лид-таймам.

Частые вопросы

Почему пластик используется так широко?

Пластики имеют широкое промышленное применение, потому что они легко доступны и дешевы по сравнению с металлами. Кроме того, их легко формовать и обрабатывать. Они также перерабатываемы и ремонтопригодны. Поэтому нет большой проблемы, когда пластик трескается, в отличие от материалов вроде стекла.

Можно ли сваривать непохожие пластики вместе?

Да, можно сваривать непохожие пластики вместе. Однако связь не будет прочной по сравнению с похожими пластиковыми материалами. Похожие материалы дают самую прочную связь, далее идут непохожие пластики со схожими свойствами, затем непохожие материалы с разными свойствами.

Прочны ли швы?

С одной стороны, термопластиковые сваренные швы очень прочны, особенно при соединении похожих материалов. Это потому, что сваренный шов имеет те же свойства, что и родительские пластики. С другой стороны, швы из непохожих пластиковых деталей не прочны.