Ручной сварочный экструдер как аппарат для соединения пластика: расписываем по пунктам

Слово «экструдер» в буквальном смысле означает «выталкиватель». Так называют группу аппаратов, предназначенных для выдавливания на поверхность различных полужидких масс, в том числе полимерных (пластиковых), резиновых и прочих. Экструдер для резиновой массы иногда называется также шприц-машиной.

Принцип действия

Сварочный экструдер — специализированный аппарат для так называемой экструзионной сварки, которая применяется для соединения полимерных материалов различных классов — полиэтилена высокой (ПВД) и низкой (ПНД) плотности, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и других наиболее часто применяемых в быту и промышленности пластиков.

Экструзионная сварка — это процесс соединения полимерных материалов с помощью расплавленной до консистенции густой сметаны массы из материала, однородного со свариваемыми или схожего с ними по физико-химическим свойствам.

В отличие от более известной сварки металлов, соединение деталей из пластмассы экструзией не подразумевает расплавления кромок соединяемых деталей, хотя нагрев до определенной степени все равно происходит.

Шов образуется при отвердевании и схватывании с кромками полурасплавленной экструдированной массы. При этом достигается высокая прочность сварного соединения — до 0,8 от прочности основного материала.

Сварка пластика экструдером наиболее часто применяется в сантехнике — для соединения водопроводных труб, в строительстве, при различных работах, целью которых является изготовление любых пластиковых конструкций — баков, понтонов, теплиц.

Изготовление экструдируемой массы осуществляется либо из полимерных гранул — исходного материала для создания любых пластиков, либо из так называемых присадочных прутков, которые перемалываются до гранулированного состояния внутри самого экструдера.

В роли прутка в некоторых (не во всех) моделях может выступать узкий отрезок того же материала, который планируется сварить. Например, при сварке изделия из полипропиленовых листов можно применять в качестве прутка ненужный отрезок полипропилена, но не другого пластика.

Большинство сварочных экструдеров западного производства предназначены для использования с присадочным материалом от того же производителя. Отечественные разработки менее требовательны к присадке. Ручной сварочный экструдер в обиходе часто называют экструзионным пистолетом.

Общая информация

Этот аппарат работает по такой системе: нагретая воздушная масса, идущая из сопел экструдера и увеличивает температуру промежутка (канавы или стыка) между соединяющимися деталями, делая последние пластичнее.

Параллельно в рабочую зону аппарата подходит прут. Он плавится и соединяется с диском (его называют также шнек), образуя однородную пластиковую массу.

Через фильерный инструмент или сварочный башмак выходит расплавленная полимерная смесь. Шов получается, когда вся масса остывает до комнатной температуры. Это похоже на выдавливание кетчупа из упаковки.

Поверхности, которые соединяет мастер, должны быть идентичны друг другу. Это подразумевает, что составные элементы, плотность упаковки материала и его текучесть у деталей одинаковы.

Прут для сварки по этим характеристикам также должен быть похож на элементы.

Конструкция и принцип работы

Ручной сварочный экструдер представляет собой термомеханической устройство, последовательно осуществляющее два процесса – нагрев легкоплавящегося пластика до вязкого состояния, и последующего выдавливания массы на поверхность в зоне стыка. Там ПНД, ПВХ и прочие легкоплавкие пластические массы застывают, образуя прочный сварочный шов.

Для компактности и удобства использования рассматриваемая техника обычно оформляется в виде пистолета с ручкой (в которой монтируется приводной электродвигатель) и верхней насадкой для нагрева рабочей смеси. Состоит сварочный экструдер из следующих узлов:

1. Электромотора.
2. Питателя.
3. Экструзионной камеры.
4. Дробильного шнекового устройства.
5. Камеры для расплавления пластика.
6. Термонагревателя.
7. Сварочного сопла.
8. Системы управления.

Для функционирования устройство предварительно заправляется присадочным прутком из того материала, которым будет выполняться сварка. Процесс происходит следующим образом. На верхней панели экструдера размещается приёмная втулка с отверстием, куда пропускается присадочный пруток. Заправка должна быть такой, чтобы свободный конец прутка попал в зону его захвата шнеком. При включении электродвигателя происходят два процесса: нагрев присадочного прутка концентрированной струёй горячего воздуха, и – спустя некоторое время, которое определяет датчик прибора – подача прутка в зону его измельчения.

Там вращающийся шнек выполняет дробление пластика прутка, превращая его в гранулированную массу. Последняя при нагреве плавится, и, перемещаясь далее, попадает в зону плавления. В этой зоне гранулят уже механически и гомогенно однороден. Под воздействием давления от шнека, он проходит в сварочную зону, поступает в сварочное сопло и в процессе прижима к поверхности свариваемых изделий выдавливается наружу однородной полосой, ширина которой зависит от конфигурации сопла. Поскольку внешняя температура намного меньше той, что создаётся термонагревателем, то материал присадочного прутка мгновенно застывает, образуя сварочный шов.

В менее компактных, но более производительных моделях экструдеров, нагрев присадочного прутка выполняется при помощи внешнего термонагревателя, а воздух туда подаётся от небольшого компрессора. Конструктивные различия могут иметься и в способе нагрева присадочного материала: иногда нагрев производится кольцевыми нагревательными элементами, коаксиально размещёнными в корпусе термонагревателя.

Система управления ручным сварочным экструдером выполняет следующие функции:

• Предварительную установку температуры нагрева, которая определяется температурой плавления пластика (как известно, ПНД плавится при 120…130ºС, ПВХ – при 150…220ºС, а полипропилен – при 170…190ºС).
• Включение термонагревателя;
• Запуск привода шнекового измельчителя;
• Блокировку «холодного старта», когда шнек может перемещать ещё неоднородный присадочный материал;
• Отключение термонагревателя при ещё вращающемся шнеке, что исключает прилипание остатков гранулята в сварочной камере.

Виды пластика, которые свариваются

Свои свойства при расплавлении с последующим остыванием сохраняют не все разновидности пластика. Невозможна сварка пластика, который боится нагрева. Эти виды полимерных материалов называются реактопластами. Они горючие, при нагреве начинают дымить, при высокой температуре горят, обугливаются.

Хорошо свариваются только термопласты, самые распространённые из них ПВХ (поливинилхлорид), полиэтилен и полипропилен. Другие виды разогреваемых пластмасс обычно склеивают или монтируют на обрешетке. Это:

• нейлон;
• поливинилацетат;
• поликарбонат;
• полиэтилентерефталат;
• полистирол.

Сварочный процесс возможен, если детали выполнены из однородного пластика. Формат особенной роли не играет. Соединять детали можно на всю толщину или на треть слоя, при меньшем шве сцепление деталей считается ненадежным. Трубные изделия чаще монтируются  внахлест. Такое соединение имеет большую площадь сцепления.

Правила эксплуатации и выбор модели ручного сварочного экструдера

Перед использованием требуется выполнить ряд условий, обычных для пластика: очистить поверхность соединяемых изделий от внешних загрязнений и не допускать работу с влажным материалом.

Успех работы зависит также от разницы в значениях температур плавления соединяемых материалов, если они обладают различным химическим составом. Например, ПНД с полипропиленом можно сваривать рассматриваемым способом, поскольку диапазоны температур их плавления полностью, либо частично перекрываются. Наоборот, сварка ПНД с ПВХ, и, тем более – с полипропиленом, проблематична или вовсе невозможна. В таких случаях сварочный экструдер можно применять лишь для соединения изделий, изготовленных из одинаковых материалов.

Компактность ручного сварочного экструдера позволяет его эффективное использование даже без прекращения работы соединяемых устройств. В частности, при сварке полипропиленовых труб необязательно отключать подачу воды по ним.

Предварительно выполняется ряд обязательных проверок (особенно, если экструдером ранее не пользовались):

1. Проверка прямолинейности подачи присадочного прутка во втулке экструдера: при высокой шероховатости образующей пруток может перемещаться не по прямой, а по винтовой линии, что ухудшит условия работы шнекового дробильного устройства и приведёт к образованию неоднородного по размерам гранулята.
2. Контрольная проверка эффективности температуры нагрева прутка до состояния его вязкотекучести: материал от разных производителей может иметь различный диапазон температур плавления.
3. Проверка надёжности прижима сварочного сопла к соединяемым поверхностям, особенно, если они обладают сложной конфигурацией. Многие модели ручных сварочных экструдеров с этой целью комплектуются сменными насадками.
4. Проверка возможности расплавления соединяемых материалов теплом от термонагревателя, без подачи присадочного прутка. Выполняется при отсутствии точных сведений о материале соединяемых таким способом изделий.

Выбор подходящей модели ручного экструдера производится по следующим параметрам:

• По производительности в единицу времени;
• По удобству управления параметрами процесса;
• По толщине свариваемых изделий;
• По комплектации устройства сменными приспособлениями
• По диапазону диаметров прутка.

Следует отметить, что большинство торговых марок предназначено для работ с присадочным материалом от конкретного производителя (часто того же, который занимается и выпуском экструдеров).

Теоретически возможен вариант изготовления бытового сварочного экструдера своими руками. Для этого к обычному промышленному фену присоединяют шнековый привод (например, для измельчения кормов), и оформляют оба узла в компактном виде. Вместо шнека иногда устанавливают более доступный плунжерный привод, однако такой вариант малонадёжен: всё зависит от гомогенности материала исходного прутка. Электродвигатель для привода подбирают коллекторного типа, который лучше переносит постоянные изменения в значениях крутящего момента.

Экструдер для сварки своими руками

Подобная идея возникла более чем 60 лет назад, поэтому до сегодняшнего дня она подверглась множествам различных изменений и стала практически идеальной. Появилось огромное количество механизмов, которые отличаются техникой воздействия, но практически однообразных в плане получаемых конструкций.

Как нагревается основа предполагаемой детали? Все достаточно просто: в результате механических процедур вырабатывается тепловая энергия, способствующая дополнительному нагреванию пластика. Не исключены тепловые воздействия извне. В данном случае процесс зависит в большей степени от первоначальной структуры экструдера.

Ручной сварочный экструдер: принцип работы

Экструдер не является сложным инструментом в управлении, существует три варианта исполнения:

• холодная формовка;
• горячая экструзия;
• обработка тепловая.

Горячая формовка сегодня является самой востребованной технологией. Процедура осуществляется с высокой скоростью и под максимальным давлением. Для ее реализации используется шнековый экструдер, основным элементом конструкции которого является шнек особенной формы. Процедура формовки в данном случае выполняется на выходе. Сырьевой материал вместе с используемыми добавочными элементами помещается в специальную камеру.

Заводские аппараты имеют возможность обустройства специальными устройствами, от которых зависит смешивание, перемещение сырьевых компонентов.

Производство

Как сделать своими руками ручной сварочный экструдер для соединения изделий из полипропилена? Процедура сборки подобного инструмента не представляет особых трудностей, как может показаться на первый взгляд. Собрать его под силу любому желающему.

Изготовление экструдера — это достаточно увлекательный процесс, напрямую зависящий от предназначения, формы аппарата.

Чем может отличаться самодельный экструдер от заводского:

• сборкой элементов конструкции;
• числом рабочих камер;
• присутствием дополнительных систем.

Неизменной остается цилиндрическая форма инструмента. Сегодня она считается наиболее технологичной, поэтому остается без изменений.

Технические характеристики экструдеров РСЭ-1 и РСЭ-3

Модель экструдера	Габариты	Масса, кг	Присадочный материал	Толщина соединяемых листов, см	Ширина шва	Емкость загрузочного бункера, кг	Питание	Мощность нагревательного механизма
РСЭ-1	580300200	6	ПЭ,ПП (гранулы, дроблёнка-вторичка)	до 3	зависит от диаметра сопла	0.35 кг	220 В.	2 000 Вт
РСЭ-3	520200200	6.6	Пруток круглый, сечение — 4 мм	до 2	Зависит от диаметра сопла, 3—12 мм	—	220 V, 50 Гц	2 000 Вт

Для каких материалов применим

Качественный сварочный экструдер должен иметь блок регулировки с механическим, сенсорным или кнопочным управлением, которое позволит менять температуру нагрева смеси.

Дело в том, что разные пластики плавятся при различной температуре. Наименьшая она у ПНД — 120-130 °C (в зависимости от марки), наивысшая — у поливинилхлорида — до 220 °C. Остальные популярные промышленные полимеры имеют температуру плавления в пределах 170-200 °C.

Экструзионной сварке можно подвергать только пластики из группы термопластов. Материалы из группы реактопластов расплавлению с последующим восстановлением не подвергаются, при высокой температуре они просто начинают гореть.

Технологические отличия

Необходимо еще осветить несколько достаточно важных моментов, в частности это касается процедуры прохождения сухой экструзии, которая напрямую зависит от тепловой энергии, выделяемой самим аппаратом, образующейся в процессе работы. Также остается возможность привлечения к процессу пара, для которого есть в наличии индивидуальная камера. Пар необходим для увеличения износоустойчивости оборудования.

Технология отличается высокой скоростью выполнения работ, процедура осуществляется всего лишь на протяжении 30 секунд. Аппарат для сварки пластика за такой короткий промежуток времени успевает выполнить с сырьем следующие операции:

• измельчение;
• обезвоживание;
• смешение;
• обеззараживание;
• стабилизация;
• увеличение объема.

Для самостоятельного изготовления ручного экструдера в домашних условиях нужно приобрести определенный перечень деталей:

• шнек необходимой формы;
• электродвигатель;
• корпус для устройства;
• емкость подачи;
• емкость выходная;
• камера вакуумная.

Чтобы сделать в бытовых условиях инструмент для сварки пластиковых изделий своими руками, достаточно понять процедуру создания экструдера, его рабочий принцип.

Самодельное устройство

Сварочный экструдер относится к сложным механизмам для профессионального использования. Его цена начинается от 30 тысяч рублей за самую простую модель, и может доходить до ста тысяч и более за мощную и высокопроизводительную. Отечественные разработки также представлены на рынке, они на 10-20% дешевле импортных, но все равно стоят достаточно дорого.

Поэтому при возникновении разовой необходимости сварить, к примеру, две водопроводных трубы (их обычный материал изготовления — полипропилен) проще воспользоваться экструдером, сделанным своими руками. Самый простой вариант конструкции представляет собой мощный строительный фен, снабженный насадкой для прутка — либо самодельной, из жести, либо промышленного изготовления.

Подача прутка в этом случае будет производиться вручную. Мощности фена хватит для его расплавления, но качество шва, конечно, будет ниже, чем у промышленных моделей.

Если позволяют возможности, фен можно соединить со шнековым или плунжерным приводом для подачи питания. В этом случае, если смонтировать приемную камеру, можно будет использовать гранулированное сырье.

Двигатель для привода рекомендуется коллекторный, так как работа экструдера подразумевает постоянное изменение крутящего момента. Двигатели других типов хуже выдерживают такой режим работы.

Технология сварки пластмасс экструдером

Из всех горячих методов самым экономичным и удобным считается соединение пластиковых элементов контактным экструдером, когда расплавленная масса, подаваемая в стык, прижимается направляющим соплом. Этот метод применяется для деталей с толстой стенкой. Экструдер подает уже размягченный материал. При таком способе:

• уменьшается расход энергии;
• улучшается теплопередача;
• нет необходимости использовать прижимные устройства;
• легче контролировать качество шва.

Основные этапы технологического процесса:

1. Разогрев свариваемых кромок до состояния вязкости разогретой массой;
2. Стыковка силой рук или специальными устройствами;
3. Естественное охлаждение соединенных деталей (их нельзя сдвигать до полного затвердевания).

Подготовительный этап

Момент подготовки перед экструзионной сварки отличается от такого для других типов. Но, как и в других случаях, поверхности деталей нужно очистить от грязи и пыли, иначе шов получится некачественным.

Также пластмассы легко окисляются из-за воздействия воздуха. Очистить кромки нужно не более чем за двадцать минут до начала пайки.

Если вы сделаете это раньше, детали всё равно придется расчищать заново. Не пробуйте использовать для очистки растворитель, он может деформировать пластмассу.

Выбор сварочных прутков

Присадочный материал выбирается под тип свариваемого пластика. Он указывается в маркировке. Присадочные полипропиленовые стержни выпускаются разного сечения: треугольные, круглые. Если детали скрепляются под прямым углом, лучше выбирать треугольный стержень. Они различаются по цвету. Большим спросом пользуются черные и серые. Полиэтиленовые прутки для сварки пластика мягче, чем полипропиленовые, температура плавления ниже (от +160°C).

Присадочные материалы используются при температуре окружающей среды выше +15°C. На холоде они теряют пластичность, становятся хрупкими.

При выборе присадки необходимо обращать внимание на температуру плавления прутка или стержней. Допустимо использование незначительно отличающихся полимеров, если они сходны по режиму пластичности. Важно, чтобы присадочный материал хорошо входил в экструдер, подходил по диаметру загрузочного отверстия и выходного сопла. Для ручных экструдеров применяются прутки или стержни от 2 до 7 мм.

Заключение

Мы выяснили, что сварка ручным экструдером несложная, и с ней сможет справиться даже новичок.

В отличие от других видов соединения пластика и металла, экструзионная сварка не требует постоянного контроля сварочной области и подачи присадки.

Поэтому для сварки этим методом не нужно быть профессионалом. Единственное условие — соблюдение инструкций по использованию экструдера и правил сваривания конструкций. Желаем удачи в работе!

Выполнение сварки

Если экструдерный аппарат не новый, и вы уже использовали его раньше, уберите из резервуара остатки присадки, которые вы применяли до этого.

Сделать это нужно, даже если вы использовали тот же материал, что и в этот раз. Если присадка нагреется еще раз, её прочность уменьшится.

Затем нужно снять блокировку с холодного пуска, разогреть устройство и подающие детали до температуры, при которой вы собираетесь работать, установить настройки производительности.

Во время того, как вы будете варить, поддерживайте необходимый наклон экструдера. Он будет зависеть от того, какой тип шва вы выбрали. Если вы проработали долго и нуждаетесь в перерыве, поместите сварочный аппарат на подставку для него.

Если пауза будет долгой, снизьте температуру аппарата примерно на 45 градусов. Нагрев присадки приостановится, но проблем с продолжением процесса не будет.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...