Устройство для сварки сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Область, к которой относится изобретение
Полезная модель относится к сварке изделий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и может быть использовано для сварки деталей сложных форм.
Уровень техники
Известно техническое решение [1. Kalpesh R. Patell, Dave К.G., Vijay A.R. Experimental Investigation of Friction stir Welding on Ultra High Molecular Weight Polyethylene // International Journal of Advance Engineering and Research Development, V. 2, Issue 5, 2015, p. 830-834], где сварка СВМПЭ производится с помощью трения. Температура, необходимая для перевода СВМПЭ высокоэластическое состояние достигается путем трения. Для этого, используют вертикальный фрезерный станок, где боковая сторона цилиндрического образца СВМПЭ закрепленного в гильзе вертикального шпинделя при разных оборотах вращения трется в отверстии плиты из СВМПЭ. Высокая температура, достигаемая при трении образцов СВМПЭ, приводит к термическому расширению, что приводит к повышению давлению между ними и тем самым способствует сварке. Недостатком данного технического решения является непригодность при сварке деталей сложной формы и необходимость применения специального крупногабаритного оборудования в виде фрезерного, токарного, либо сверлильного станка.
Известно техническое решение [2. Андреева И.Н., Веселовская Е.В., Наливайко Е.И. и др. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен // Л.: Химия, 1982. - С. 60-62], где обогрев места сварки прочно закрепленных плит СВМПЭ, осуществляется верхним и нижним обогревателями. Давление, необходимое для сварки, получается за счет термического расширения СВМПЭ. Температура (140-150°С) регулируется потенциометром. Подъем температуры осуществляется медленно в течение 1,5 ч, продолжительность выдержки при нагревании 1,5 ч и охлаждение под давлением 10 ч. Недостатком данного технического решения является «нелокальность» нагрева. Нагрев свариваемых деталей по всему объему приводит к их деформации за счет термического расширения.
Наиболее близким аналогом, является технические решение [3. Ершов М.И., Пересторонин Э.Н., Виленский В.А., Сафонов В.А., Смоленский Ю.В., Володин Н.С. Способ сварки деталей из высокомолекулярного полиэтилена // патент РФ №1694409 от 30.11.91 г.], где сварка СВМПЭ осуществляется с помощью нагревательного инструмента. Согласно изобретению, нагревательный инструмент, который представляет собой тонкую металлическую пластину из нержавеющей стали марки 12Х1888Н10Т толщиной 0,15-0,18 мм, помещают встык между свариваемыми деталями СВМПЭ. Поджимают свариваемые детали до давления 1-1,5 МПа, и нагревают до 245-250°С и выдерживают в течение 1-1,5 мин. Затем, после понижения давления до 0,1-0,2 МПа инструмент извлекают, после чего детали вновь смыкают до давления 1,5-2,5 МПа и выдерживают 3-5 мин. Основным недостатком данного технического решения является то, что данный способ можно применить исключительно для сварки деталей простой формы, со свободным доступом к месту сварного шва.
Задачей полезной модели является разработка устройства для сварки деталей сложной формы из СВМПЭ.
Технический результат, получаемый при реализации полезной модели, достигается путем установления в зоне сварного шва ферромагнетика, который при воздействии магнитной индукции нагревается, что приводит к расширению СВМПЭ, создавая необходимое для сварки давление.
Существенные признаки, характеризирующие полезную модель:
Ограничительные: нагревание происходит с помощью воздействия магнитной индукции на ферромагнетик;
Отличительные: нагревание происходит исключительно в зоне сварного шва, где находится ферромагнетик, что минимизирует деформацию изделия в объеме.
Осуществление полезной модели
Сущность полезной модели поясняется чертежом (рис.1), на котором схематически представлено предлагаемое устройство.
Нагревательный элемент 1, который представляет собой ферромагнетик (тонкая сетка, порошок, виток проволоки), помещается между свариваемыми деталями из СВМПЭ 2, которые устанавливаются в пресс-форму 3, выполненного из материала, не обладающего ферромагнитными свойствами. При включении источника магнитной индукции 4, индукционное поле 5 нагревает ферромагнетик 1 в зоне сварного шва СВМПЭ до температуры сварки (250~300°С), вследствие чего происходит термическое расширение СВМПЭ, приводящее к повышению прижимного усилия (давления). При достижении температуры сварки, устройство индукционного излучателя отключают. Сваренные детали СВМПЭ оставляют в пресс-форме до полной кристаллизации сварного шва.