Соединения с помощью резьбы, оформленной на поверхности соединяемых поверхностях

Резьба в этом случае играет роль уплотняющего элемента, а усилия воспринимаются стенкой трубы, сосуда или аппарата. Силовое соединение выполняют с помощью металлических резьбовых элементов. Наиболее широкое применение оно нашло для крепления секций труб и других тел вращения между собой, гидравлической арматуры к отрезкам труб, крышек и заглушек к аппаратам.

Сварка

Сваркой соединяются изделия из однородного полимерного материала, который и образует сварочный шов. Сваркой получают изделия в основном из термопластов. В зоне сварки термопласт находится преимущественно в состоянии расплава. Поэтому технологические особенности сварки существенно зависят от термостабильности полимеров. Чем меньше термостабильность, тем сложнее процесс сварки. Лучше всего свариваются ПЭНД, ПЭВП, ПП, СЭВА, ПС, УПС, АБС-пластики, труднее – ПВХ, ПА, ПК, ПЭТФ. Весьма непросты процессы сварки термостойких пластиков ПСФ, ПИ.

Два основных процесса приводят к соединению поверхностей деталей из полимеров: образование межатомных или межмолекулярных связей. В первом случае при сварке происходят химические, во втором – физические, в частности диффузионные, процессы.

Процесс сварки включает в себя подготовку поверхности, ее смачивание и межмолекулярную диффузию. На выбор метода сварки влияют тип материала, требования к конструкции, к герметичности шва и внешнему виду изделия, форма и размеры деталей, наличие оборудования, требования к экономичности процесса. Выбор метода сварки может быть сделан на самых ранних стадиях процесса проектирования изделия.

Сварку полимерных материалов подразделяют:

1) в зависимости от механизма процесса на:

- диффузионную. Осуществляют нагревом или с помощью растворителей. Принцип основан на способности термопластов и эластомеров при нагревании или в процессе набухания переходить в вязкотекучее состояние, при котором макромолекулы полимера могут свободно перемешаться в пограничных слоях в результате макроброуновского движения и диффундировать в полимер, находящийся в таком же состоянии. После охлаждения или улетучивания растворителя полимер вновь приобретает первоначальные свойства;

- химическую. Она основана на образовании химических связей между полимерами, приведенными в контакт, либо в результате взаимодействия функциональных групп полимеров, либо с помощью присадочного материала, введенного в зону шва;

2) в зависимости от способа активирования на:

- тепловую;

- сварку с помощью растворителей;

3) в зависимости от источника нагревания:

- методы сварки с использованием постороннего теплоносителя (сварка нагретым газом, инструментом или присадочным материалов);

- методы, при которых тепло генерируется внутри ввариваемого материала путем преобразования различных видов энергии (высокочастотная, или диэлектрическая сварка, сварка с применением инфракрасного или светового излучения, сварка трением, ультразвуковая и лазерная сварка).

4) в зависимости от способа передачи тепловой энергии:

- сварка с передачей тепла конвекцией (сварка нагретым газом);

- теплопроводностью (сварка нагретым инструментом);

- теплоотдачей (сварка при нагревании инструментом соединяемых поверхностей);

- излучением (лазерная сварка).

Ультразвуковая сварка (рис. 14) используется для соединения деталей малого и среднего размера. Ультразвуковая сварка осуществляется при частотах от 20 до 50 кГц и при амплитуде колебаний в диапазоне 15-60 мкм. Звуковые частоты в диапазоне ниже 15 кГц используются для сварки больших деталей или мягких материалов. Продольные колебания передаются сквозь верхнюю деталь к соединяемым поверхностям деталей, которые прижаты друг к другу. Как внешнее, так и внутреннее трение генерирует тепло избирательно, размягчая материал локально в зоне сварки. Как только достигается нужная осадка в зоне сварного шва, ультразвук отключается, и сварному шву дают остыть и затвердеть. Процесс сварки занимает от 0,5 до 1,5 с. Крупногабаритные детали соединяют с помощью нескольких сварочных аппаратов.

Рис. 14. Схема типичной установки для ультразвуковой сварки.

Ротационная сварка относится к сварке трением. Она используется для соединения деталей, имеющих круговую симметрию в плоскости соединения. Теплота, необходимая для плавления или размягчения, создается при помощи взаимного трения поверхностей двух соединяемых деталей. Одна деталь, обычно верхняя, вращается вокруг оси, перпендикулярной к общей плоскости соединяемых поверхностей, а нижняя деталь прочно фиксируется в стационарном держателе или тисках (рис. 15).

Сварной шов формируется при одновременном приложении давления в направлении оси вращения. Затем относительное перемещение прекращается, расплавленный термопласт в зоне сварного шва охлаждается и затвердевает под давлением.

Рис. 15. Принципиальная схема ротационной сварки, применяемой для соединения деталей из термопластов цилиндрической формы

На рис. 16 представлен еще один вид сварки – это сварка нагретым газом с использованием присадочного материала.

Рис. 16. Схема сварки нагретым газом с применением присадочного материала: 1 – детали с подготовленной поверхностью сварки; 2 – пруток присадочного материала; 3 – сопло для подачи нагретого газа; 4 – поток горячего воздуха; 5 – сварной шов

Клеевые соединения

Клеевые соединения широко используются для сборки изделий из однородных или разнородных термопластов и реактопластов, и часто изделий, состоящих их полимерных и металлических деталей, которые не могут быть сварены друг с другом. К преимуществами клеевых соединений относятся:

- хороший внешний вид и возможность создания разнообразных конструкций;

- равномерное распределение напряжений;

- возможность соединения разнородных материалов;

- возможность получения погодоустойчивых, водо- и газонепроницаемых соединений;

- клеи, устойчивые к сдвиговым напряжениям, дают возможность компенсировать несовпадение температурных коэффициентов линейного расширения у соединяемых деталей, а также при использовании гибких, эластичных при сдвиге клеевых прослоек;

- податливые клеевые прослойки могут демпфировать вибрации;

- возможность применения при сборке изделий из тонких и гибких соединений;

- обеспечение электрической и термической изоляции.

Но при использовании клеев нужно учитывать множество технологических факторов, чтобы получить прочное и надежное соединение.

Также существует ряд ограничений, связанных с использованием клеев:

1. Неопределенность эксплуатационных характеристик соединения;

2. Постоянные сборочные узлы;

3. Интеграция химических процессов;

4. Необходимость чистки поверхности;

5. Отсутствие возможности проверки качества соединения;

6. Время для достижения максимальной прочности.

Рис.17. Фазы создания клеевого соединения

Процесс создания клеевого соединения начинается с нанесения жидкого клея на одну или обе соединяемые детали. На этой стадии клей должен быть текучим, чтобы произошло его взаимодействие с поверхностью. Затем необходимо приложить внешнее давление, чтобы равномерно распределить клей по соединяемым поверхностям.

После того как клей распределится, он должен отвердеть, чтобы удерживать соединяемые поверхности (рис. 16). Таким образом, клей должен:

• смачивать соединяемые поверхности за счет принудительного распределения и капиллярных эффектов;

• удерживать поверхности за счет сил адгезии;

• превратиться (после завершения склеивания) в прочное твердое тело (то есть достигнуть высокой когезионной прочности).