Введение 4
1 Технологические возможности применения ультразвуковой сварки в газонефтехимической отрасли 6
1.1 Анализ и перспективы применения пластиков в газонефтехимии 6
1.2 Анализ существующих методов сборки пластиковых изделий 13
1.3 Физические основы ультразвуковой сварки 19
1.4 Обзор технических решений в области ультразвуковой сварки 27
1.5 Анализ исследований, проведенных в области ультразвуковой сварки полимеров 32
2 Разработка методики и оборудования для проведения исследований 39
2.1 Описание объекта исследований 39
2.2 Проектирование установки для экспериментальных исследований 42
2.2.1 Проектирование и изготовление ультразвуковой колебательной системы 42
2.2.2 Проектирование ультразвукового генератора 50
2.3 Разработка методики исследования качества ультразвуковой сварке клапана адсорбера 52
3 Анализ результатов исследований 59
3.1 Анализ первичных результатов проведенных исследований 59
3.2 Доработка формы корпуса клапана 61
3.3 Анализ вторичных результатов проведенных исследований 62
4 Разработка комплекса для ультразвуковой сварки корпуса адсорбера 66
4.1 Проектирование привода для ультразвуковой сварки 66
4.2 Разработка технологического процесса ультразвуковой сборки адсорбера 70
Заключение 74
Список используемых источников 76
На данный момент изделия из пластиков все больше начинают применяться во многих сферах нашей жизнедеятельности и промышленности.
По данным независимой некоммерческой организации «Greenpeace в России» ежегодно во всем мире производится более 300 миллионов тонн пластиковых изделий. И в ближайшие двадцать лет этот показатель удвоится. Примерно половина из этого числа составляет одноразовая посуда и упаковка [23].
Согласно всемирной онлайн базе данных KI Polyglobe к середине 2018 года объем производства термопластов - самого большого и экономически значимого сегмента в сфере пластмасс - достиг порядка 337 миллионов тонн в год. При этом более 91 процента общего объема приходится на стандартные пластмассы, еще 8 процентов (примерно 27 миллионов тонн) - на технические термопласты, и оставшиеся доли процентов - на высокотехнологичные полимеры [18].
По прогнозам Европейской Ассоциации производителей пластиковых изделий Plastics Europe, объемы производства технических, или как их еще называют инженерных, и стандартных пластиковых изделий будут расти в среднем на 4 - 5 процентов в год.
Для различных отраслей промышленности наибольший интерес имеют именно технические пластики, которые, благодаря их свойствам, могут заменить в некоторых моментах конструкции из металла. Так как по сравнению с ними имеют меньший вес, большую стойкость к коррозии и другие полезные технические свойства [13].
В нефтяной, газовой и химической промышленности с недавних пор так же стали использоваться различные технические пластики.
В химической промышленности применяются, соответственно, химически стойкие пластики. Наиболее химически стойкими в отношении всех агрессивных сред являются фторсодержащие полимеры фторопласты. К числу кислотостойких пластмасс в отношении концентрированной соляной кислоты могут быть отнесены винипласт и фенопласты с асбестовым наполнителем. Стойкими к действию щелочей являются винипласт и хлорвиниловый пластики [14].
В газонефтяной промышленности пластики применяют для создания корпусов оборудования, уплотнений и опорных колец, втулок и т.д. Следовательно, пластики должны обладать высокой ударной прочностью, химической стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами и иметь широкий температурный диапазон эксплуатации. К таким пластикам относятся: полипропилен, полиамид, поливинилиденфторид, полиэфирэфиркетон и др. [21].
Так же постоянно проводится разработка новых видов пластиков, которые бы не уступали по механическим и эксплуатационным свойствам металлам, а в некоторых моментах и превосходили их.
На сегодняшний день существует три основных метода сборки пластиковых изделий. А именно сборка при помощи различных крепежных элементов, склеивание и сварка.
Одним из инновационных и экономически эффективных способов получения надёжного неразъемного соединения пластиков является технология ультразвуковой сварки, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами неразъемного получения соединения пластиковых изделий.
Но на сегодняшний день до конца остается не изучено влияние параметров режима ультразвуковой сварки на качество получаемых сварных соединений из относительно новых видов технических пластиков.
В магистерской диссертации разработана методика и оборудование для проведения исследований по ультразвуковой сварке прессового типа корпуса клапана адсорбера. Проанализировав результаты, были сделаны следующие выводы:
• чрезмерно большое усилие и время сварки приводят к вытеканию расплавленного пластика из зазора, что приводит к образованию протечки в местах выплесков;
• под длительным воздействием ультразвуковых колебаний Технамид начинает рассыпаться;
• разделка кромок при дистанционной сварке жестких пластиков напрямую влияет на герметичность конструкции, и в малой степени влияет на прочность полученного соединения;
• полная герметичность может быть обеспечена, когда объем расплавляемого зуба при расплавлении полностью заполняет все возможные зазоры, не приводя к выплескам материала;
• при ультразвуковой дистанционной сварке Технамида, стеклянный наполнитель выступает в роли первых очагов застывания пластика, а так же в роли армирующего волокна. Оба эти фактора приводят к образованию пор в сварном соединении, что нарушает герметичность изделия;
• плавное оказание сварочного усилия в процессе сварке уменьшает возможность образования пор и обеспечивает наилучшую герметичность соединения.
В ходе работы были найдены оптимальные режимы ультразвуковой дистанционной сварки корпуса клапана адсорбера, которые обеспечивают полную герметичность изделия. Так же был разработан полуавтоматический стенд для сборки клапана. И написан технологический процесс.
