Сварка фторопластовых пленок, применяющихся в кабельной промышленности Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.791.46 в. А. СОКОЛОВ

Л. А. ШЕСТЕЛЬ С. С. ВОЛКОВ

Омский государственный технический университет

Московский государственный технический университет

І-

СВАРКА ФТОРОПЛАСТОВЫХ ПЛЕНОК, ПРИМЕНЯЮЩИХСЯ В КАБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Рассмотрены вопросы повышения качества сварных соединений на фторсодержащих пленках, применяемых в кабельной промышленности в качестве электроизолирующего слоя при изготовлении проводов и кабелей различного назначения.

Ключевые слова: провод, кабель, изоляционный слой, полимеры, фторопласты, сварка.

На предприятиях кабельной промышленности, занимающихся нанесением изоляции на провода, в качестве изоляционного слоя широко применяются фторсодержащие пленки, обладающие уникальными диэлектрическими свойствами, а также широким интервалом рабочих температур (от — 250 до + 250 0С). Производимые промышленностью ленты из пленочного фторопласта-4 имеют обычно ограниченную длину, поскольку технология их получения, из-за высокой вязкости расплава (1013 Пз), заключается в срезании тонкого слоя пленки с цилиндрической заготовки, с последующей его раскаткой до необходимой толщины. При производстве изоляционного слоя в кабельном производстве такие пленки в виде ленты наматывают на изолируемый провод с последующей термообработкой, для получения сплошной изоляции. Такой процесс предусматривает необходимость периодического соединения концов лент, для получения изолированных проводов необходимой длины. Поскольку фторопласт-4 (политетрафторэтилен) практически не имеет состояния расплава, сварка его при соединении концов лент, является весьма затруднительной операцией и в то же время весьма актуальной проблемой для данного направления производства — производства кабелей различного применения.

На кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Омского государственного технического университета проводятся поисковые эксперименты по возможности получения сварных соединений лент из пленок фторопласта-4 и в указанных технических условиях. В качестве образцов в экспериментах использовались ленты из пленки электроизоляционной марки ЭО по ГОСТ 24222-80 и ленты из пленки фторопласта-4Д, сырой каландрованной (СКЛ) по ТУ 301-05-49-90. Толщина использованных в экспериментах пленочных лент в обоих случаях составляла 30 мкм, а ширина — 6 мм.

Для осуществления экспериментов был разработан и изготовлен экспериментальный образец сварочной установки (рис. 1), которая включает в себя электрический нагреватель с регулятором температуры, перемоточное устройство, зажимное приспособление для сборки соединяемых пленок и создания сварочного давления и охлаждения нагретой зоны пленки под давлением. Все элементы установки смонтированы на станине и обеспечивают работу в настроечном и рабочем режимах.

Сварку осуществляли путем сжатия уложенных внахлест образцов ленты в зажимном приспособлении и размещения приспособления с образцами в сварочной зоне нагревательного устройства. Температура в зоне нагревателя составляла 380оС ±5оС.

В ходе экспериментов изменяли время выдержки образцов при температуре сварки, усилие зажатия образцов в приспособлении, продолжительность выдержки сжатых образцов под давлением в процессе охлаждения.

Рис. 1. Экспериментальная установка для сварки лент из фторопластовых пленок

Рис. 2. Образцы сваренных пленок

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011

Время нагрева, с Я Ф-4 сдвиг • Ф-4Д сдвиг ♦ Ф-4 рассл к Ф-4Д рассл Рис. 3. Влияние времени сварки на прочность сварного соединения

Давление сварки, МПа ■ Ф-4 сдвиг • Ф-4Д сдвиг » Ф-4 рассл й Ф-4Д рассл

Рис. 4. Влияние сварочного давления на прочность сварного соединения

Время охлаждения под давлением, с

■ Ф-4 сдвиг • Ф-4Д сдвиг » Ф-4 рассл м Ф-4Д рассл

Рис. 5. Влияние времени выдержки после сварки (охлаждения) на прочность сварного соединения

Интервал значений усилия зажатия образцов выбирали исходя из рекомендуемых значений сварочного давления для данных марок полимера [1] 0,3 — 0,4 МПа. При этом необходимое усилие определяли с учетом площади конкретных образцов (площади нахлеста), обеспечивая в процессе экспериментов значения давлений в интервале 0,25; 0,3; 0,35 и 0,4 МПа.

Продолжительность выдержки образцов при температуре сварки изменяли в пределах от 20 до 90 секунд с интервалом в 10 секунд. Охлаждение сва-

ренных образцов под давлением осуществляли принудительным обдувом струей воздуха в зажимном приспособлении. Сварные швы на образцах фторопластовых пленок располагали по середине, чтобы иметь возможность их испытаний на сдвиг и на расслаивание (рис. 2).

Оценку качества получаемых сварных соединений осуществляли путем механических испытаний сварных соединений на разрывной машине типа ШРМ. При этом сваренные образцы подвергали испытанию как на расслаивание, так и на сдвиг.

Рис. 6. Образцы изолированной фторопластом проволоки

Прочность соединения оценивали по усилию разрушения, отнесенную к усилию разрушения образца пленки, определяя ее в долях единицы от усилия разрушения сплошной пленки. Усилие разрушения основного материала лент из фторопласта-4 составило 13,2 Н, а пленок из фторопласта-4Д - 4,4 Н.

Результаты проведенных экспериментов (рис. 3, 4 и 5) показывают, что образцы, сваренные и подвергнутые испытанию на расслаивание, вне зависимости от примененных режимов сварки, показали достаточно низкое усилие расслаивания. Объясняется это явление тем, что при сварке пленочного фторопласта по границам контактирования соединяемых поверхностей, не образуется, так называемой, сварочной гусеницы, то есть расплава полимера при кристаллизации образующего грат. Именно он при сварке полимеров, способных к образованию расплава (полиэтилен, плавкие марки фторопластов) определяет прочность соединений пленочных материалов [2]. В результате сварные соединения при сравнительно малых усилиях последовательно отслаиваются друг от друга.

При испытании образцов на сдвиг, прочность соединения, в зависимость от выбранных режимов сварки менялась от 50 до 100 % от прочности основного материала.

После определения оптимальных параметров режимов сварки, были выполнены пробные сварки ленты из указанных материалов длиной по 30 метров, со сварными швами через каждые 1,5 метра. Далее, на одном из предприятий кабельной промышленности в производственных условиях были выполнены операции по нанесению лент на проволоку путем ее намотки, с последующей термообработкой для образования сплошного слоя изоляции (рис. 6). Результаты испытаний показали, что все сварные соединения выдержали усилие натяжения при операции намотки и последующей термообработки.

Таким образом, результаты выполненных исследований могут быть рекомендованы к применению на предприятиях кабельной промышленности.

Библиографический список

1. Сварка полимерных материалов [Текст] : справочник / К. И. Зайцев [и др.] ; под общ. ред. К. И. Зайцева, Л. Н. Ма-цюк. — М. : Машиностроение, 1988. — 312с. — КВЫ 5-21700312-Х.

2. Волков, С. С. Сварка и склеивание полимерных материалов : учеб. пособие для вузов [Текст] / С. С. Волков. — М. : Химия, 2001. — 376 с.

СОКОЛОВ Валерий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ОмГТУ.

ШЕСТЕЛЬ Леонид Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ОмГТУ.

ВОЛКОВ Станислав Степанович, кандидат технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры МТ-7 «Сварка и контроль» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 24.06.2011 г.

© В. А. Соколов, Л. А. Шестель, С. С. Волков

УДК 621.791.75:621.311.6 В. Ф. МУХИН

Е. Н. ЕРЁМИН

Омский государственный технический университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ МАЛОМОЩНЫХ СВАРОЧНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ_____________________________________________

Рассмотрена возможность моделирования программой ЬТ5Р!СЕ!У {5^^СА0Ш) схем сварочных выпрямителей, а также изменение параметров режима при переносе капли во время сварки.

Ключевые слова: дуговая сварка, сварочный выпрямитель, моделирование электрических схем, осциллограммы, короткое замыкание, перенос капель.

Экспериментальные исследования, направленные на повышение эффективности дуговой сварки, увеличение устойчивости сварочной дуги с плавящимся электродом и управляемости процесса переноса электродного металла достаточно трудоемки и связаны

со значительными материальными затратами. В связи с ограниченными возможностями широкого варьирования конструкций трансформаторов, дросселей, схем управления и других элементов выпрямителя, авторы различных разработок анализируют, как

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ