Качество сварки профиля и сколы углов фрезами

При зачистке углов возможен скол профиля в зоне обработки. Однако скол угла рамы (створки) на фрезерном станке происходит не только из-за фрезы или режимов станка. Он возможен при наличии следующих дефектов сварного шва:

- образование значительных зон, где профиль не сварен по причине недостаточного прогрева материала шва или из-за того, что сварной шов плохо обжат цулагами;
- возникновение хрупкости материала сварного шва в результате испарения пластификатора из-за высокой температуры нагрева;
- смещение стенок профиля в результате неправильного позиционирования и т.п.

Каждый из дефектов сам по себе способен создать условия для скола угла, но чаще имеет место совокупность этих дефектов в различных сочетаниях.

Нередко для изготовления окон на одном и том же производстве одновременно используется базовый профиль с толщиной стенки 2,7-3 мм и профиль эконом-класса с уменьшенной толщиной стенки и увеличенными допусками на исполнение размеров. При сварке этих профилей используется одни и те же сварочный станок, режим настройки температуры и времени, установка и регулировка положения цулаг и сами цулаги. Однако прочность угла на базовом профиле получается существенно выше. Углы после сварки на базовом профиле обжаты и не имеют «утиного носа». На профиле эконом-класса внешние стенки толщиной 2,5...2,7 мм сварены хорошо. Швы внутренних стенок толщиной 2,2...2,5 мм имеют вид «утиного носа».

Если разрезать шов, то на поперечном сечении можно обнаружить зоны некачественной сварки. Например, материал расплава вытеснен на периферию сварного шва, стенки деформированы таким образом, что зона их соприкосновения находится за границами шва. При этом материал ПВХ расплава вытекает на внешнюю сторону угла, а внутри угла отсутствует.

Очевидно, при зачистке, когда обработка угла ведется именно в зоне внутренних стенок, внешний наплыв расплава будет удален фрезой вместе с частью стенок, находящихся за границей сварного шва. Фактически угол вскрыт, и, если внимательно его осмотреть, можно увидеть тонкую щель. При определенных условиях обработки эта щель может легко превратиться в скол, что часто и происходит.

Почему на разной толщине стенок профиля, но при абсолютно одинаковых условиях проведения сварки мы получаем настолько различающиеся результаты?

Это зависит от особенностей нагрева тонких стенок и степени обжатия ПВХ расплава этих стенок в ходе сварки.

Процесс сварки ПВХ профиля условно можно разбить на этапы:

- выравнивание плоскости торца профиля;
- предварительное подплавление торца профиля;
- нагрев и получение ПВХ расплава через торец профиля;
- сдвижка профилей и обжим шва цулагами.

Данные этапы в той или иной мере реализуются сварочным оборудованием. Например, часть сварочных станков оборудована датчиками микроперемещений подвижных платформ с закрепленными на них цулагами.

После позиционирования профиля относительно упора и цулаг, его фиксации прижимами, выхода нагревательного элемента на таких станках включается поджим профиля к поверхностям нагревательного элемента без пуска таймера нагрева. До срабатывания датчика микроперемещений происходит плавление выступающих частей торца профиля, обеспечивающее наиболее полное прилегание торца к плоскости нагревательного элемента.

После срабатывания датчика микроперемещений запускается таймер нагрева, что является началом этапа предварительного подплавления торца профиля.

В процессе предварительного подплавления профиля образовавшийся расплав ПВХ за счет движения платформ выжимается на внешние стороны стенки профиля, образуя внешний валик ПВХ расплава.

Некоторые станки совмещают выравнивание и предварительное подплавление профиля в один этап, сразу запуская таймер нагрева.

В определенный момент ход платформ прекращается, но таймер нагрева продолжает работать. Таким образом, начинается этап прогрева основного ПВХ расплава в глубину профиля за счет прилегания его торцов к плоскостям нагревательного элемента. Прогрев осуществляется без движения платформ, на заданную глубину профиля, с целью получения основного объема расплава ПВХ профиля, необходимого для сварки.

При срабатывании таймера платформы вместе с профилем отходят от нагревательного элемента. Последний удаляется из зоны сварки, поступает команда на встречный ход платформ, цулаги, поддерживая профиль, обеспечивают взаимопроникновение расплавов свариваемых профилей и их обжимку в конце хода платформ. Дается команда на отход прижимов и возврат платформ в исходное положение. Цикл сварки закончен.

Исходя из вышеописанного цикла сварки, становится очевидным, что для проведения качественной сварки необходимо прогреть на заданную глубину и до заданной температуры основной объем ПВХ расплава профилей, а также обеспечить за счет цулаг взаимопроникновение расплавов и обжимку шва в ходе сварки.

Прогревание профиля прямо зависит от плотности прилегания его торца к плоскости нагревательного элемента. Максимальное прилегание обеспечивается функциями выравнивания и предварительного подплавления.

На станках упрощенной конструкции нет отдельной функции выравнивания - здесь сразу, с одновременным запуском таймера, выполняется объединенная функция выравнивания и предварительного подплавления.

Известно, что на тонких профилях наибольшее искажение их торца происходит при его распиливании на маятниковых пилах без применения поддерживающих цулаг. В этом случае между плоскостью нагревательного элемента и плоскостью торца при установке профиля на сварочную машину имеют место зазоры величиной 1 мм и более, и процесс выравнивания плоскости и предварительного подплавления торца занимает много времени. Остатка времени от отведенного на весь цикл обработки недостаточно для эффективного прогрева основного расплава ПВХ профиля, а увеличить длительность цикла не позволяют технические возможности таймера. Поэтому полученный сварочный шов плохо прогрет и лишен необходимой прочности. Это основная причина некачественной сварки.

Как мы уже отмечали, нагрев основного объема ПВХ расплава осуществляется через торец профиля, прошедший этапы выравнивания и предварительного подплавления. Количество тепла, которое может перейти в тело профиля через границу «нагревательный элемент - торец», с одной стороны, зависит от площади пятна контакта, образовавшегося после выравнивания и предварительного подплавления, а с другой, - от перепада температур на нагревательном элементе и в прилегающем слое ПВХ профиля. Из-за того что материал обладает определенной теплопроводностью, тепло не может мгновенно перейти с нагревательного элемента на профиль - на это нужно время. Поэтому даже при большом перепаде температур скорость передачи тепла ограничена теплопроводностью материала - температура в поверхностном слое возрастет по мере перехода в него тепла.

Скорость нарастания температуры зависит от теплоемкости материала профиля. Другими словами, чтобы поднять температуру материала на один градус, нужно передать материалу определенное количество тепла, которое и будет поглощено внутри его слоя. Для нагрева соседнего слоя надо передать дополнительное тепло - и так по всей требуемой глубине прогрева.

Одновременно, по мере роста температуры в поверхностном слое, тепло с боковых стенок профиля этого слоя начнет уходить в окружающую среду в виде теплового излучения, нагревая прилегающий воздух. Поэтому количество тепла, которое может поступить в следующий слой, будет меньше на величину этих потерь.

Количество тепла, передаваемого из слоя в соседний слой, также ограничено теплопроводностью и перепадом температур между слоями. По мере роста температуры слоев количество тепла, забираемого с теплового элемента, уменьшается, а потери с боковых стенок увеличиваются. При уменьшении количества поступающего тепла вместе с одновременным увеличением потерь с боковых поверхностей стенки процесс прогревания профиля замедляется. Поскольку прогревание идет послойно, путем передачи и поглощения тепла от слоя к слою, температура слоев будет неодинакова, причем чем меньше теплопроводность материала, тем большим будет перепад температур. Главное заключается в том, чтобы на конечном слое по глубине можно было получить нужную температуру.

Поскольку от толщины стенки профиля зависит площадь пятна контакта, то при меньшей толщине стенки, но неизменном перепаде температур количество тепла, передающееся профилю, будет тем меньше, чем тоньше стенка.

Площадь боковых поверхностей стенки остается неизменной. Следовательно, тепловой баланс в каждом слое при более тонком профиле сместится в сторону снижения температуры, поскольку удельный вес тепловых потерь через боковые поверхности стенки по отношению к притоку тепла повышается. Таким образом, для получения нужной температуры на заданной глубине расплава приходится увеличивать температуру нагревательного элемента и частично - пятно контакта за счет повышения величины предварительного подплавления.

Вместе с тем, на части станков величина подплавления задана жестко и регулировке не подлежит. Этим и объясняется тот факт, что хорошо сварить тонкие профили удается не на всех станках.

Взаимопроникновение расплавов и обжимка шва зависят от конфигурации используемых цулаг и регулировки их положения относительно подвижных платформ сварочного станка, а также величины зазора между цулагами в конце хода сварки. При свободном расположении тонкой стенки относительно цулаги ее поверхность не поддерживает стенку - она в ходе сварки деформируется с выходом пятна контакта за пределы зоны сварного шва.

Установка между цулагами зазора, выбранного для базового профиля, приводит к отсутствию обжима шва на тонком профиле в конце сварки.

Результат один - низкое качество сварки на тонких стенках профиля и, как следствие, вскрытие камер или скол углов фрезами.

Использование фрез с косыми зубьями во многих случаях предотвращает сколы углов на профилях с тонкими стенками при некачественной сварке, но не предотвратит вскрытия камер.