УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПИСТОЛЕТ ДЛЯ СВАРКИ ЛИСТОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области обработки полимерных и материалов, в частности для точечной сварки и заклепывания полимерной (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид) ленты в конвеерных системах, крепления деталей из термопластов в автомобильной промышленности и др.
Известен ультразвуковой аппарат, содержащий генератор, сварочное устройство и присоединительный кабель (TTS400, Италия, 1998 г.).
Недостатками известной установки являются большие габариты и масса, а также высокая стоимость. Сложность технического обслуживания на территории Р.Ф. обусловлена отсутствием сервисных центров и наличием оригинальных запасных частей.
Известно ультразвуковое устройство, содержащее генератор, сварочное устройство и присоединительный кабель (фирма FRIMO Германия. 2006 г.).
Недостатками известной установки являются высокая стоимость и сложность установки начальных параметров и управления процессом сварки, что обуславливает необходимость высококвалифицированного обслуживающего персонала. Вследствие высокой сложности установки ремонт и обслуживание на территории России затруднительно.
Известен ультразвуковой сварочный паяльник, содержащий генератор, сварочное устройство и присоединительный кабель (паспорт модель МЭФ372 (МЭЛФИЗ), Россия 2012 г.).
К недостаткам сварочного паяльника можно отнести отсутствие тонкой настройки на рабочий режим, что приводит к необходимости постоянной ручной подстройки, а сварочный инструмент характеризуется низким КПД и коэффициент передачи мощности, в результате значительно снижается качество соединения.
Наиболее близким к предлагаемой модели является ультразвуковой пистолет для сварки листовых полимерных материалов, содержащий генератор ультразвуковых колебаний и соединенный с ним посредством присоединительного кабеля корпус, выполненный в форме пистолетной рукоятки, в котором посредством фланца закреплен сварочный инструмент в виде ультразвукового преобразователя-волновода с блоком пьезокерамики, (а.с. SU 671863 А, 05.07.1979).
К недостаткам данного ультразвукового пистолета относятся ^ отсутствие тонкой настройки на рабочий режим, что приводит к необходимости постоянной ручной подстройки, а сварочный инструмент характеризуется низким КПД и коэффициент передачи мощности, -в результате значительно снижается качество соединения, имеет невысокую скорость сварки, возможность перегрева генератора и рабочего инструмента.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение энергетических затрат и увеличение скорости сварки, а также обеспечение высокой мобильности установки.
В результате использования предлагаемой полезной модели обеспечиваются высокие скорость и прочность сварного соединения полимерных листовых материалов, достигаются высокие скорость сварки - не более трех секунд и прочность соединения - до 50-70% от прочности исходного материала.
Использование предлагаемой модели позволяет уменьшить концентрацию тепловыделения в зоне шва, что обуславливает связанную с этим высокую скорость образования шва, при минимальном изменении свойств материала, сваривать загрязненные поверхности, так как инородные частицы удаляются из зоны сварки в результате воздействия сдвиговых колебаний. Ультразвуковой пистолет для сварки листовых полимерных материалов позволяет обеспечить подвод механической энергии на значительном расстоянии и в труднодоступных местах, что позволяет проводить сварку материалов разных толщин, а также разнородных по составу материалов. При использовании модели не требуется предварительный прогрев рабочего инструмента, что значительно уменьшает энергопотребление и время выхода на рабочий режим сварки.
Вышеуказанный технологический результат достигается тем, что предлагаемый ультразвуковой пистолет для сварки листовых полимерных материалов, содержащий генератор ультразвуковых колебаний и соединенный с ним посредством присоединительного кабеля корпус, выполненный в форме пистолетной рукоятки, в котором посредством фланца закреплен сварочный инструмент в виде ультразвукового преобразователя-волновода с блоком пьезокерамики, снабжен установленным на преобразователе-волноводе сменным сварочным инструментом, на торце которого выполнен центрирующий цилиндр, имеющий на своем конце конус с углом 120°, обеспечивающим точность и заданную глубину сварки, и образует кольцевую поверхность прижима, ограниченную торцевой канавкой, а присоединительный кабель защищен гибкой оплеткой из нержавеющей стали
Технический результат достигается также тем, что генератор ультразвуковых колебаний оснащен системой автоматической настройки и удержания рабочей частоты сварочного инструмента 22,4 кГц.
Центрирующий цилиндр, имеющий на своем конце конус с углом 120° обеспечивает точность, заданную глубину сварки и способствует равномерному распределению расплава в момент сварки по большей площади.
Сущность предлагаемой модели поясняется фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлена общая схема предлагаемого ультразвукового преобразователя.
На фиг.2 представлен общий вид сварочного инструмента (волновода). Ультразвуковой пистолет для сварки полимерных материалов содержит ультразвуковой преобразователь-волновод 1, сменный сварочный инструмент 2, блок пьезокерамики 3, фланец 4, корпус-ручка пистолетного типа 5, присоединительный кабель 6, кнопку включения режима сварки 7, ультразвуковой генератор 8, при этом торец сварочного инструмента 2 состоит из поверхности прижима 9, центрирующего цилиндра с боковой резьбой 10 и торцевой канавки 11.
Для удобства использования ультразвуковой преобразователь-волновод 1 и сменный сварочный инструмент 2, соединенные через фланец 4 размещены в корпусе пистолетного типа 5, соединенного с ультразвуковым генератором 8 посредством присоединительного кабеля 6. Характерной особенностью предлагаемой полезной модели является то, что присоединительный кабель 6, для предотвращения механических повреждений и перетирания, защищен гибкой высокопрочной оплеткой из нержавеющей стали.
Работает ультразвуковой пистолет для сварки листовых полимерных материалов следующим образом.
Полимерные листы накладывают друг на друга, плотно прижимают к опоре, затем подводят, с необходимым усилием, сменный сварочный инструмент 2 и включают ультразвуковой генератор 8 кнопкой включения режима сварки 7, расположенной на корпусе ручке пистолетного типа 5, приводящий в действие ультразвуковой преобразователь-волновод 1. Колебания ультразвуковой частоты от генератора 8 передаются к преобразователю-волноводу 1 посредством присоединительного кабеля 6. В преобразователе-волноводе 1, с помощью блока пьезокерамики 3 электрические колебания ультразвуковой частоты, преобразуются в механические, которые передаются на сменный сварочный инструмент 2. Центрирующий цилиндр 10 обеспечивает образование расплава и позволяет избежать смешения рабочего инструмента при сварке путем того, что поверхность прижима 9 задает правильное расположение инструмента. Наличие торцевой канавки на конце центрирующего цилиндра 11 обеспечивает равномерное распределение расплава в момент сварки по большей площади.
Возможность быстрой замены сменного сварочыого инструмента 2 позволяет расширить использование ультразвукового пистолета для сварки листовых полимерных материалов для любых других форм полимерных материалов.
При подаче механических колебаний ультразвуковой частоты в зоне контакта, происходит активация молекул полимера за счет разрыва химических связей, за тем происходит объемное взаимодействие в зоне соединения. Потери при деформировании полимерного материала с ультразвуковой частотой приводят к его нагреву до температур, соответствующих вязкотекучему состоянию (аморфные полимеры). При этих температурах происходит диффузия отдельных сегментов макромолекул свариваемых материалов. При соединении двух термопластов различных марок возникают химические превращения. По окончанию режима сварки необходимо кнопкой включения режима сварки 7 выключают ультразвуковой генератор 8.
При использовании ультразвукового пистолета для сварки листовых полимерных материалов достигается значительное увеличение прочности сварного шва, полученного при сварке ультразвуком по сравнению с тепловым методом.