Автоматизированная система управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида

Румынский, Сергей Николаевич

Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида

кандидата технических наук: Румынский, Сергей Николаевич
город: Санкт-Петербург
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.13.06
цена: 450 рублей

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Автоматизированная система управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида»

Автореферат диссертации по теме "Автоматизированная система управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида"

На правах рукописи

Румынский Сергей Николаевич

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

ПОЛИАМИДА

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность) 05.09.10 - Электротехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, старший научный сотрудник

официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация ОАО ПЛАСТПОЛИМЕР (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится £4 сЯ^згцГра 2005 г. в час. в ауд. 61 на заседании диссертационного совета Д212.230.03 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет).

Адрес института: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы и замечания в 1 экз., заверенные печатью, следует направлять по

адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, СПб ГТИ(ТУ), ученый

совет.

Автореферат разослан " 2Я-" агьгя^ря 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент

Кашмет Владимир Васильевич Юленец Юрий Павлович

Русинов Леон Абрамович Смородинов Виктор Васильевич

Халимон В.И.

3 ' / /с/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Высокочастотный (ВЧ) метод сварки термопластов обеспечивает быстрый и локальный (в зоне свариваемого шва) нагрев соединяемых поверхностей без проплавления всего объема материала. При этом прочность соединений, как правило, превышает прочность соединений при других методах сварки и близка к прочности исходного (целого) материала. Однако, технология ВЧ-сварки термопластов, отличающихся узким диапазоном перехода в вязко-текучее состояние и одновременно высокой температурой этого перехода, остается недостаточно совершенной. Для таких материалов (к их числу относятся полиамиды) требуется точное соблюдение теплового режима сварки, что практически невыполнимо в условиях изменения параметров процесса. В противном случае брак готовой продукции значительно возрастает.

Модернизация технологии ВЧ-сварки полиамидов возможна только на основе научно обоснованной методологии управления объектом. Составным этапом решения этой общей задачи является исследование объекта управления как электротехнологического комплекса ВЧ-генератор-термический процесс. В самом деле, в связи с отсутствием технической возможности измерения температуры в сварном соединении мгновенное значение данного параметра может быть найдено расчетным путем при использовании информации о параметрах электротехнологияеского комплекса - температуры электродов рабочего конденсатора и мощности внутренних источников тепла (определяемой, в свою очередь, через мгновенные параметры электрического режима ВЧ-генератора). Отвечающая такой постановке задачи математическая модель сварки должна описывать температурное поле в материале при изменяющейся мощности внутренних источников тепла и учитывать зависимость теплоемкости термопласта от температуры. Это позволит теоретически исследовать режимы ВЧ-сварки, осуществить обоснованный выбор параметров процесса с учетом оценки влияния температурного распределения в материале на качество сварки и в конечном итоге - разработать эффективный способ управления и автоматизированную систему управления процессом.

Диссертационная работа выполнялась в рамках внутривузовской программы научных исследований "Физические методы воздействия на химические реакции и процессы химической технологии", которые в течение ряда лет ведутся в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте в соответствии с одноименной Программой исследований РАН.

Цель работы. Повышение эффективности и качества высокочастотной сварки изделий из полиамида.

Защищаемые положения: - математическая модель сварки термопластов в высокочастотном

электрическом поле при изменяющейся температуре электродов, описывающая сварку как нестационарный процесс распространения тепла в толще материала и учитывающая зависимости фактора диэлектрических потерь и теплоемкости термопласта от температуры;

- методика оценки качества сварки полиамидов по локальной температуре размягчения, фиксируемой на половине толщины свариваемой детали, и вычислительная процедура определения данного параметра;

- способ управления процессом высокочастотной сварки изделий из

полиамида, предусматривающий ступенчатое снижение напряженности поля в материале при превышении критической температуры электродов рабочего конденсатора и устанавливающий момент переключения по достижении в сварном шве температуры первого максимума диэлектрических потерь;

- алгоритм и структура автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида, работающей в режиме реального времени.

Научная новизна. Предложена математическая модель ВЧ-сварки термопластов при изменяющейся температуре электродов, отражающая распределенный характер тепловых процессов в толще материала и учитывающая зависимости фактора диэлектрических потерь и теплоемкости от температуры. Качество сварки термопластов предложено оценивать на основе анализа температурного распределения в толще материала. Показано, что оптимальным в отношении качества сварки являются форсированные режимы ВЧ-нагрева, при которых локальная температура на половине толщины свариваемой детали не превышает температуры размягчения термопласта.

Предложен способ управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида, предусматривающий ступенчатое снижение напряженности электрического поля в материале при превышении критической температуры электродов рабочего конденсатора и устанавливающий момент переключения по достижении в сварном шве температуры первого максимума диэлектрических потерь. Разработаны алгоритм и структура АСУ процессом ВЧ-сварки корпусов щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Система определяет мгновенную температуру в сварном соединении с использованием непрерывно контролируемых параметров объекта - температуры электродов, постоянной составляющей анодного тока генератора, напряжения на рабочем конденсаторе и реализует режим управления, обеспечивающий оптимальную в смысле качества сварки глубину прогрева соединяемых деталей.

Практическая ценность. Разработана методика определения диэлектрических свойств термопластов непосредственно из экспериментов

по высокочастотному нагреву. Методом автоматизированного эксперимента получена зависимость фактора диэлектрических потерь полиамида - 610 от температуры.

Исследовано влияние режимов высокочастотного нагрева (напряженности электрического поля и временной продолжительности процесса) на энергетические характеристики и качество сварки изделий из полиамида. Показана эффективность высокочастотной сварки изделий из полиамида в режиме ступенчатого уменьшения напряженности электрического поля, реализуемого с помощью предложенной АСУ (за счет оптимизации глубины прогрева свариваемых деталей обеспечивается высокое качество сварных соединений: процент брака продукции не превышает 2%, термический КПД процесса достигает 74%).

Разработанные способ управления и автоматизированная система управления могут найти применение при автоматизации сварки изделий из различных термопластов.

Реализация результатов. Автоматизированная система управления внедрена в производство в ОАО «НИАИ» ИСТОЧНИК» (г.Санкт-Петербург) в составе оборудования для высокочастотной сварки соединений крышка-корпус щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной системы управления обеспечивается за счет значительного снижения брака готовой продукции и составляет 1080483 руб.

Апробация работы. Отдельные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 5 Международной научной конференции «Действие ЭМ-полей на пластичность и прочность материалов» (Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2003) и на научных семинарах кафедры общей физики Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные работы.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 133 е., состоит из введения, четырех глав и четырех приложений. Количество рисунков 24, количество таблиц 19, список литературы включает 74 наименования.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В главе дан критический анализ состояния вопроса в области технологии ВЧ-сварки пластмасс, методов контроля и управления процессами данного типа. Отмечается, что электрофизические (ЭФ) свойства полиамидов изучены недостаточно, а имеющиеся в литературе сведения о диэлектрических потерях вблизи температуры плавления противоречивы. Математические модели, описывающие процесс ВЧ-сварки пластмасс, не

учитывают зависимости ЭФ-свойств и теплоемкости термопласта от температуры. В связи с чем известные математические модели далеки от реальности и не могут быть использованы для алгоритмизации управления процессом. Задача определения температурной зависимости фактора диэлектрических потерь вблизи температуры плавления является нетривиальной, но может быть решена методом автоматизированного эксперимента.

Технология прессовой ВЧ-сварки термопластов с узким температурным интервалом перехода из кристаллического в вязко-текучее состояние разработана неудовлетворительно. Достаточно сказать, подчеркивается в главе, что если следовать известным из литературы рекомендациям, то параметры режима сварки необходимо каждый раз (при изменении температуры электродов) подбирать экспериментально. Вопросы автоматизации установок для ВЧ-сварки пластмасс практически не разработаны. Известные методы косвенного контроля за тепловым режимом процесса, основанные на задании продолжительности цикла сварки, в принципе не способны учесть целый ряд факторов: зависимость электрофизических и теплофизических свойств материала от температуры, влияние изменяющейся температуры электродов рабочего конденсатора. Качество сварных соединений термопластов с узким температурным интервалом перехода в вязко-текучее состояние и высокой температурой текучести, получаемых методом ВЧ-нагрева при наперед заданной продолжительности, оказывается низким - брак готовой продукции достигает 20%. Вследствие тепловых потерь в электроды и околошовную зону, невысоким является и термический КПД процесса.

На основании проведенного анализа состояния вопроса задачи диссертационной работы сформулированы следующим образом:

- исследование диэлектрических свойств полиамида в широком интервале температур;

- разработка математической модели процесса высокочастотной сварки изделий из полиамида, учитывающей изменение ЭФ-свойств и зависимость теплоемкости от температуры; расчет температурного поля в толще материала;

- исследование влияния режимов высокочастотного нагрева на энергетические характеристики процесса и качество сварки;

- разработка способа управления процессом, обеспечивающего заданное качество сварки;

- разработка автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида;

- оценка эффективности от применения автоматизированной системы управления в производстве щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОЛИАМИДА-610 И АНАЛИЗ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРОЧНОЙ УСТАНОВКИ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Полиамид-610 - кристаллический полимер (степень кристалличности - 60%), характеризующийся близостью температур плавления и текучести Ткк и высокими их значениями (Тпл=220°С, Гтек=2250С)) низкой вязкостью расплава (ц=200 - 400 Па-с) и чрезвычайно узким диапазоном вязко-текучего состояния (±6°С). Для кристаллических полимеров строгое соблюдение режима сварки особенно существенно.

ВЧ-сварка пластмасс наряду с высокой скоростью подъема температуры обладает преимуществом избирательного нагрева, что принципиально позволяет вести процесс таким образом, чтобы вязко-текучее состояние термопласта достигалось только в области сварного соединения, а основной объем материала не был выведен из кристаллического состояния и, следовательно, не происходила деформация свариваемого изделия. Однако в полной мере реализовать преимущества ВЧ-нагрева представляется возможным только в случае точного управления режимом сварки (управления мгновенной температурой в зоне сварного шва).

Эффективность применения ВЧ-нагрева определяется величиной фактора диэлектрических потерь. Фактор диэлектрических потерь е" полиамида-610 уже при комнатной температуре вполне достаточен для разогрева материала в электрическом поле высокой частоты. Однако для определения кривых нагрева необходимо располагать температурными зависимостями диэлектрических свойств материала.

Диэлектрические свойства полиамида-610 определяли двумя методами - путем измерений на куметре (измерителе добротности), а также методом автоматизированного эксперимента на установке ВЧ-нагрева. В первом случае использовался плоскопараллельный измерительный преобразователь (конденсатор с дисковыми электродами), снабженный двусторонним электрообогревателем. Между электродами измерительного преобразователя размещался образец из полиамида-610 (диаметр образца - 30 мм, толщина - 2,4 мм). Функциональная схема измерений состояла из куметра Е9-4, измерительного преобразователя, двух термопар, регулирующего потенциометра КСП-4. Диэлектрические свойства полиамида-610 слабо зависят от частоты в диапазоне 10 - 30 МГц. По этой причине в настоящей работе в качестве частоты для диэлектрических

измерений и частоты нагрева выбрана стандартная частота ВЧ-генераторов для диэлектрического нагрева:/=27,12 МГц.

3,5

1,5 1

0,5 0

1 1 ! ! ; 1

1 1 У* 1 ! | 1 ___

! ! ' А

I I г 1 ' 1 \ 1 V

! 1 \ Л |\ У1 |\

1 1 1 1

! \ т 1 1

! ! 1 1 1 I ! 1

20 40

100 120 140 160 180 200 220 240

т;с

Рис. 1. Зависимость фактора диэлектрических потерь полиамида-610 от температуры на частоте 27,12 МГц: 1) диэлектрические измерения, 2) метод автоматизированного

эксперимента

На кривой 1 (рис.1) можно видеть только один максимум. Второй максимум, обусловленный переходом полимера через температуру плавления, не прослеживается, что, вероятно, связано с деформацией образца в измерительном преобразователе. В связи с этим уточненные значения параметра г" в области повышенных температур находили из прямых экспериментов по ВЧ-нагреву.

Образец 1 материала в виде пластины размером 42x35x2,2 мм зажимали между электродами 2 рабочего конденсатора с однородным электрическим полем, подключенного к высокочастотному генератору 3, и осуществляли ВЧ-нагрев. Напряжение £/р на рабочем конденсаторе, текущее время и температура Т образца контролировались непрерывно. Для определения мгновенного значения в" использовалось выражение:

Дт рС,(Т)4

Ат 2 фаи1 ' КЧ

где р, ср - плотность и теплоемкость материала соответственно; с1п -расстояние между электродами; / - частота; е<> - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (воздуха); т - время. В интервале 20+50°С фактор диэлектрических потерь сравнительно невелик и слабо зависит от температуры. При 71=80-г90°С параметр е" начинает резко возрастать, чем проявляет себя дипольная ориентационная поляризация,

обусловленная присутствием в молекулах полиамида полярных звеньев. Первый максимум в температурном ходе е" (рис.1, кривая 2) обнаруживается при Т=14Л°С. При 7>144°С величина е" падает - максимум дипольных потерь пройден (рис.1, кривые 1, 2). Однако при приближении к температуре плавления параметр е", найденный методом автоматизированного эксперимента (рис. 1, кривая 2), вновь начинает возрастать, достигая второго максимума в точке плавления. В целом полученные данные показывают, что темп ВЧ-нагрева полиамида-610 будет существенно меняться в интервале требуемых для сварки рабочих температур; максимальные его значения будут достигаться ¿близи обнаруженных максимумов е".

В заключение главы рассмотрены особенности объекта, подлежащего автоматизации. Технологическая схема процесса ВЧ-сварки соединений крьпыка-корпус щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей показана на рис. 2.

I___________I

Рис. 2. Схема технологического процесса ВЧ-сварки соединений крышка-корпус аккумуляторов и аккумуляторных батарей; 1) ВЧ-генератор, 2) пульт оператора, 3) амперметр, 4) реле времени, 5) оператор, 6) заземленный электрод, 7) высокопотенциальный электрод, 8) низкопотенциальная плита, 9) привод пресса, 10) высокопотенциальная плита, 11) защитный экран, 12), 13) изделие: крышка и корпус аккумулятора

Оснастка в собранном виде с деталями свариваемого изделия устанавливается на низкопотенциальной опорной плите 8 пресса, электрически связанной с заземленным электродом 6. Усилие F, привода 9 пресса передается высокопотенциальному электроду 7 через высокопотенциальную плиту 10.

В существующем виде (рис. 2) сварочная установка практически не автоматизирована. Температура электродов не контролируется. Момент окончания цикла сварки определяется оператором по косвенному показателю -максимуму анодного тока не связанному непосредственно с текущей

температурой материала, причем даже со средним ее значением. Неудивительно, что работа сварочного пресса характеризуется значительным процентом брака готовой продукции (~20%).

Управляемым параметром объекта выбрана температура в сварном соединении, управляющим - напряженность электрического поля в материале (напряжение на рабочем конденсаторе).

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИАМИДА

Основные допущения, использованные при математическом моделировании процесса, сформулированы следующим образом: сварка осуществляется за счет нагрева двух наложенных друг на друга листов бесконечной длины и ширины в ВЧ-однородном электрическом поле рабочего конденсатора; температура электродов в течение цикла сварки постоянна ( в действительности эта температура за время цикла изменяется не более, чем на 3-4°С). Уравнение нестационарной теплопроводности, описывающее одномерное температурное поле в материале при внутренних источниках тепла, получено в виде:

дТ X д2Т р(т) дх с(Т)р ' дх2 +

*U=rH,

0 <х<1, Г|=Г„

-2'+сР(ту

зт

дх

(2)

= 0.

(3)

Здесь Т - локальная температура материала; Гэ - температура электрода; / -полутолщина материала (толщина свариваемой детали); х - текущая координата (текущая толщина); х=0 - свариваемая поверхность (шов): 7ш(т)=7(т,0); ср, р, X - удельная теплоемкость, плотность и коэффициент теплопроводности материала соответственно; р - мощность внутренних источников тепла; т - время; Тн - начальная температура материала. На операцию загрузки свариваемых деталей в оснастку затрачивается некоторое время тзгр (как правило, тзгр < 5с), в течение которого ВЧ-нагрев отсутствует: при 0 < т < тзгр р{т)=0. В этом случае уравнение (2) решается

аналитически (при ат = — = const): СрР

^.xbr.-ir.-r.^zl^«»

л t=o Ik +1

\2к + \)юс' 21

ехр

aT(2it + l)27c2T31

(4)

Исследование интенсивности процесса сварки полиамида-610 и температурного распределения в толще материала проводилось путем численного решения уравнений математической модели (2), (3); при этом мощность р

внутренних источников тепла рассчитывалась по формуле: р(Т) = 2ф0е"(Т)Е1,

где Еш = напряженность электрического поля в полиамиде.

Довольно существенно на интенсивность сварки (время прогрева шва до температуры Ттек) влияет температура электрода Т3 (рис.3). Горячий электрод

ТШХ

240 220 200 180 160 140 120 100 80 во

40 20 0

—1— 1 ! ' i 1 L 1 1 , » 1 > , 1 / ■ 1/1 .

1 lili !

! i ! i i i ! /Т

i i B / 1 1 ( ¡ . 1 i.....7.1 1

i 6 / 1 ¡ A !

i i > I / 1 / 1 / ! I / i "

1 i j 4 M ' Í iM ¡ ! ! !

1 | ^/J У 1 1

¡ 1 1—< !

' T

¡ 1 1 f -U Ul—,

0 1 2 3 4 5 в 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Х)С Рис. 3. Изменение во времени температуры в сварном соединении аккумулятора КСМ 'ЮР в процессе высокочастотной сварки при i/p=600 В (Еш= 1,71 кВ/см), Ти=О.ОеС: а) Гэ = 20°С, 6) Г, = 50°С, в) Г, « 80°С

прогревает материал на некоторую глубину, и фактор диэлектрических потерь увеличивается. В результате происходит заметное сокращение времени сварки. Еще более значительное влияние на интенсивность сварки оказывает напряженность электрического поля. Однако сокращение времени сварки не является самоцелью, так как может отрицательно сказаться на качестве сварного соединения. Так, при увеличении температуры Г, увеличивается глубина прогрева околошовной зоны (рис 4).

Можно сказать, что работа при повышенной напряженности и при высокой температуре электрода стремится уничтожить одно из главных преимуществ ВЧ-сварки - прогрев до температуры плавления только тонкого слоя материала (сварного шва). С другой стороны, в случае холодных электродов процесс сварки затягивается, а тепловые потери, вследствие отвода тепла от материала в околошовную зону и электроды, возрастают. Это приводит к снижению термического КПД сварки:

Лт

= Ра*к _Р

.Рподв

I Пх) .

= tJ( f cr(JW)df~-

"\p{i)dx

(6)

Т,°С

240 -г 220 200180160 -140-12010080604020-0

Рис. 4. Распределение температуры в толще материала в процессе ВЧ-сварки соединения крышка-корпус аккумулятора КСМ10Р при Ор = 600 В (£па=1,71кВ/см), ТН~20°С, ТитгТтг225"С: а) Г,=20вС(тя=16,8с),б) Г,=40°С (тв=13,3 с), в) ГЭ=60°С (тсв=11,3 с),

г) Тэ-80еС (Тс,=10 с)

где Ряж - аккумулированная в сварном шве мощность, Рпа№- выделившаяся в сварном шве за счет ВЧ-нагрева энергия (подведенная мощность). Из (6) следует, что для повышения термического КПД процесс необходимо вести с максимальной скоростью. Вместе с тем, как показала экспериментальная проверка, в форсированном режиме сварки и при горячем электроде деталь изделия (крышка аккумулятора) деформируется. Подробно влияние температуры Гэ на глубину прогрева материала до опасной температуры (температуры размягчения полиамида: ГР=200°С) иллюстрирует табл. 1.

Таблица 1.

Влияние температуры электрода на глубину прогрева материала до Т-Тр

Режим сварки

ЕШ=\М кВ/см (£4=400 В) Еш=1,71 кВ/см (£/„=600 В)

т3,° с Расстояние хд от шва, на котором Т= 200°С, мм Т3, °С Расстояние хд от шва, на котором Т= 200°С, мм

20 0,625 20 0,75

40 0,7 40 0,85

45 0,72 45 0,9

60 0,75 60 0,95

80 0,8 80 1,11

Для предотвращения деформации свариваемой детали, вследствие ее прогрева до 7,р=200оС на глубину более чем половина толщины хд=0,875 мм, процессом сварки необходимо управлять. Наиболее высокий темп ВЧ-нагрева развивается вблизи температуры первого максимума диэлектрических потерь: Г1ф1=144°С (рис.1). Согласно предлагаемому способу управления в начальный момент времени т0 устанавливается наибольшее (максимально допустимое) напряжение на рабочем конденсаторе t/pi. В момент X] (этот момент будет различным при различных Гэ) температура шва достигает значения 7'ш=7,1ф| и, если выполняется условие Гэ > 40°С (табл.1), то напряжение С/р следует ступенчато изменить до пониженного значения Uvz- Момент окончания цикла сварки тС8 определяется по достижении в сварном шве температуры текучести термопласта Тш- Гте„ (если для образования прочного соединения не требуется сколь-нибудь значительное время пребывания материала под давлением).

В соответствии с современными представлениями сварка полиамида осуществляется путем коалесценции расплава и сопровождается перемещением его слоев (вытеканием расплава). При этом необходимое время контакта свариваемых поверхностей, разогретых до Т^, может быть рассчитано по формуле:

г -JSL (7)

где F' - усилие сжатия, Ъ - ширина шва, S - площадь поперечного сечения наплава (вытека расплава).

Подстановка в (7) исходных данных (Ъ=2 мм, 2/=3,5 мм, F'

F-300 кг, F = — = 100кг/см2 =10МПа,ц=300 Па-с) показывает, что S

благодаря относительно низкой динамической вязкости расплава полиамида время контакта свариваемых поверхностей, разогретых до температуры текучести (обязательное условие !), составляет доли секунды. Таким образом отключение ВЧ-нагрева действительно можно производить тотчас по достижении в сварном шве температуры

4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИАМИДА

Задачами управления процессом ВЧ-сварки являются: автоматическое определение момента ii переключения (по условию 7'ш(т)=7чш=1440С ) и (в случае выполнения второго условия: Т3 > ТЭ) где Т'3 - критическое значение температуры электрода в режиме £/pi=600 В, выше которого наблюдается деформация свариваемой детали; 7ЧЭ=40°С) переключение управляющего

напряжения Ет от значения £упРь соответствующего ВЧ-нагреву при максимально допустимой напряженности электрического поля (или что, то же, при ир=ир1), в значение Еу^а, соответствующее напряжению ир=и?2 ({7р2=400 В), а также автоматическое отключение нагрева в момент тсв, при котором Гш=Гте1С. Алгоритм управления разработан в соответствии с обозначенными задачами и представлен на рис.5.

В алгоритме и структурной схеме АСУ (рис. 6) предусматривается коррекция начального распределения температурного поля за счет возможного предварительного подогрева свариваемых деталей от горячей оснастки за время загрузки. С этой целью по измеренному значению Т3 производится расчет температурного поля в материале 7\т, х) по уравнению (4), по окончании которого выдается сигнал "Конец расчета Т^^р, х)" и устанавливается Еущ^ При появлении сигнала Ет\ автоматически включается режим НАГРЕВ ВЧ-генератора с одновременным запуском таймера. Начиная с этого момента, блок 1, используя информацию о мгновенных параметрах /Дт) и С/доб(т), рассчитывает мгновенную мощность р{ т) по уравнению

где Ло - постоянная составляющая анодного тока генератора; г^ -сопротивление потерь в первичном контуре; V- объем материала в рабочем конденсаторе; хсв - реактивность элемента связи; © - угловая частота; аь а2 _ коэффициенты разложения импульса анодного тока; Сэ, Сдоб - эквивалентная емкость лампы и емкость добавочного конденсатора во вторичном контуре. Блок 2, используя информацию р(т), рассчитывает мгновенную температуру в сварном соединении Гш(т) по уравнениям модели (2), (3) в режиме реального времени. Если Т3 > Г'э (с заданной точностью 4/1), то на первом входе элемента И появляется сигнал логическая "1". В момент, когда с заданной точностью щ удовлетворяется равенство: Тш = 7"ш, на втором входе элемента И появляется сигнал логическая "1". Тогда £упр1 ступенчато изменяется до Етг, соответствующего С/р = £/р2 = 400 В. В случае невыполнения первого условия, т.е. когда Т3 <, Г'„ управляющее напряжение не изменяется и переключение не происходит. Микропроцессорный контроллер (рис. 6) имеет в своем составе АЦП для преобразования входных аналоговых сигналов /„о(т) и (/дое(т) в цифровую форму. Напряжение {/дов снимается с ВЧ-пресса, напряжение и^ присутствует на выходе генератора. Связь между напряжением анодного питания генератора Ел и напряжением Еущ, на входе регулируемого выпрямителя выражается соотношениями: £а= С4бщ« ир=кгЕл. При

1 +

'2гЛ2 а./Лт) ,0 а^С.С^и^х)

-1-1

(8)

Рис. 5. Блок-схема алгоритма автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сверки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных

батарей

равенстве (с заданной точностью \|/3) температур Тт и по сигналу от компаратора 3 с помощью переключателя управляющих напряжений устанавливается £упр= Еупро, и НАГРЕВ ВЧ-генератора отключается. Тогда выключается таймер и запускается реле РВ на цикл выдержки т8ЫЦ изделия под давлением. По истечении твыд по сигналу от РВ давление с прижимной плиты снимается, и оператор извлекает из пресса технологическую оснастку с готовым изделием.

ОПЕРАТОР

Ввод исходных данных

Загрузка и разгрузка ВЧ-поесса

Подача давления на пресс

ОБЪЕКТ

ВЧ-ц>есс

Саов

ад

ВЧ-генератор

«I

Регулируемый выпрямитель

ИК-термометр

Установка £^1

Установка Еу^г

Переключатель управляющих напряжений(режимов нагрева)

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ КОНТРОЛЛЕР

"Давление"

о"

Расчет

№

Запуск

расчета

Запуск расчета Цх^х)

Конец расчета Цхщъх)

Запуск расчета Т^х)

Компаратор 1

Э-

ДА

сЬ

Т ДА

Компаратор 2

Олсл. НАГРЕВа (Установка

Сброс давления пресса

Э-

(Г

с с?

Расчет

ДА

Компаратор 3

НЕТ

РВ

э-

Рис. 6. Структурная схема автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных батарей

На рис. 7 показано температурное распределение в материале в различных режимах сварки, реализуемых с помощью предложенной АСУ.

Г,°С

Рис.7. Распределите температуры в толще материала при использовании АСУ. ВЧ-сварка соединения крышка-корпус аккумулятора КСМ 1ОР (Т„= 20°С, Т'ш = 144°С): 1) Тъ = 20°С, £/р = 600 В (без переключения); 2) ГЭ = 40°С, С/р= 600 В (без переключения); 3) 7', = 45°С, U„ = 600/400 В; 4) Гэ = 60°С, Uf = 600/400 В; 5) Т, = 80°С, Щ = 600/400 В

Видно, что во всех режимах, т.е. при различных значениях t/p, автоматически выставляемых в зависимости от температуры электрода Тъ, прогрев материала до опасной температуры 7,Р=200°С происходит менее, чем на

глубину = 0,875мм (считая от шва: х=0). Таким образом благодаря

применению АСУ сварка протекает без деформации изделия (изменения плоскостности соединяемых деталей); при этом обеспечиваются требуемая герметичность и прочность сварного соединения. Технико-экономические показатели процесса ВЧ-сварки соединений крышка-корпус щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей сведены в табл. 2.

Таблица 2.

Технико-экономические показатели ВЧ-сварки изделий из полиамида _(жирно выделены режимы, реализуемые с помощью АСУ)_

Режим сварки

i/p=600 В (£„=1,71 кВ/см) i/p=600/400 В (£„¿=1,71/1,14 кВ/см)

Т3,°С ТСв, С Т|т, % Процент брака ГЭ,°С Тс, С ть% Процент брака

20 16,8 73,6 <2 20 26,3 49,8 ~2

40 11,8 74,4 ~2 40 19 54.7 <2

45 10,9 73,9 >10 45 17,5 55,5 <1

60 9,1 72,2 >15 60 14,6 56,8 <2

80 7,5 68,7 -20 80 2,2 56,3 ~2

Для технической реализации функций АСУ, в том числе решения дифференциального уравнения (2), (3) в режиме реального времени, целесообразно использовать микропроцессоры сигнального типа семейства DSP568xx компании Analog Devices, объединяющие в себе функции высокопроизводительной цифровой обработки сигналов и интеллектуального контроллера при низкой стоимости.

Разработанная АСУ внедрена в производство с годовым экономическим эффектом 1080483 руб.

ВЫВОДЫ

Общим результатом диссертационной работы является комплексное решение задачи повышения качества сварки изделий из полиамида, включающее математическое моделирование и разработку эффективного способа управления тепловым режимом процесса, а также разработку автоматизированной системы управления, работающей в режиме реального времени.

1. Методом измерений на куметре и методом автоматизированного эксперимента исследованы диэлектрические свойства полиамида-610 в широком интервале температур.

2. Разработана математическая модель ВЧ-сварки термопластов при изменяющейся температуре электродов, отражающая распределенный характер тепловых процессов в толще материала и учитывающая зависимости фактора диэлектрических потерь и теплоемкости от температуры.

3. Исследовано влияние режимов высокочастотного нагрева (напряженности электрического поля, временной продолжительности цикла) на

»17809

энергетические характеристики процесса и качество сварки изделий из полиамида.

4. Предложена и экспериментально проверена методика оценки качества сварки изделий из полиамида по локальной температуре размягчения, определяемой на половине толщины свариваемой детали.

5. Разработан способ управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида, обеспечивающий оптимальное качество сварки. Способ предусматривает ступенчатое снижение напряженности электрического поля в материале при превышении критической температуры электродов рабочего конденсатора и устанавливает момент переключения по достижении в сварном шве температуры первого максимума диэлектрических потерь.

6. Разработаны алгоритм и структура автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида.

7. Показана эффективность процесса высокочастотной сварки изделий из полиамида в режиме ступенчатого уменьшения напряженности электрического поля, реализуемого с помощью предложенной автоматизированной системы управления: за счет оптимизации глубины прогрева свариваемых деталей обеспечивается высокое качество сварных соединений (процент брака продукции не превышает 2%, термический КПД процесса достигает 74%).

8. Предложенная автоматизированная система управления внедрена в производство в составе оборудования для высокочастотной сварки соединений крышка-корпус щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей с годовым экономическим эффектом 1080483 руб.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Румынский С.Н., Кашмет В.В., Марков A.B. Оптимизация процесса высокочастотной сварки изделий из полиамида //Материалы 5 Международ, конф. «Действие ЭМ-полей на пластичность и прочность материалов». - Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2003. - С.199-201.

2. Румынский С.Н., Кашмет В.В. Исследование диэлектрических свойств полиамида - 610 с использованием метода автоматизированного эксперимента /СПб-гос. технол.ин-т (техн.ун-т). - СПб, 2004. -15 с. - Деп. в ВИНИТИ 06.10.04, № 1571-В2004.

3. Румынский С.Н., Юленец Ю.П. Автоматизация процесса высокочастотной сварки корпусов щелочных аккумуляторов /Сб. научн. тр. по химическим источникам тока. - СПб: Химиздат, 2004. - С.135-139.

4. Марков A.B., Румынский С.Н., Юленец Ю.П. Автоматический контроль температуры в процессе высокочастотной сварки пластмасс //Сварочное производство, 2005. - №4. - С.45-47.

15556

26.09.05г. Зак. 134-70 РТП ИК «Синтез» Московский пр., 26

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Румынский, Сергей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОЛИАМИДА-610.

2.1. Исследование диэлектрических свойств полиамида-610 методом измерения на куметре.

2.2. Исследование диэлектрических свойств полиамида-610 методом автоматизированного эксперимента.

2.3. Технологическая схема процесса высокочастотной сварки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных батарей и анализ сварочной установки как объекта управления.

Глава 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИАМИДА.

3.1. Математическая модель процесса высокочастотной сварки полиамидов.

3.2. Интенсивность процесса сварки и распределение температуры в толще материала.

3.3. Способ управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида.

Глава 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ

ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИАМИДА.

4.1. Алгоритм управления процессом высокочастотной сварки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

4.2. Автоматизированная система управления процессом высокочастотной сварки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

4.3. Оценка эффективности от применения автоматизированной системы управления процессом сварки.

ВЫВОДЫ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

Введение 2005 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Румынский, Сергей Николаевич

Высокочастотный (ВЧ) метод сварки термопластов обеспечивает быстрый и локальный (в зоне свариваемого шва) нагрев соединяемых поверхностей без проплавления всего объема материала. При этом прочность соединений, как правило, превышает прочность соединений при других методах сварки и близка к прочности исходного (целого) материала. Однако, технология ВЧ-сварки термопластов, отличающихся узким диапазоном перехода в вязко-текучее состояние и одновременно высокой температурой этого перехода, остается недостаточно совершенной. Для таких материалов (к их числу относятся полиамиды) требуется точное соблюдение теплового режима сварки, что практически невыполнимо в условиях изменения параметров процесса. В противном случае брак готовой продукции значительно возрастает.

Модернизация технологии ВЧ-сварки полиамидов возможна только на основе научно обоснованной методологии управления объектом. Составным этапом решения этой общей задачи является исследование объекта управления как электротехнологического комплекса ВЧ-генератор-термический процесс. В самом деле, в связи с отсутствием технической возможности измерения температуры в сварном соединении мгновенное значение данного параметра может быть найдено расчетным путем при использовании информации о параметрах электротехнологического комплекса - температуры электродов рабочего конденсатора и мощности внутренних источников тепла (определяемой, в свою очередь, через мгновенные параметры электрического режима ВЧ-генератора). Отвечающая такой постановке задачи математическая модель сварки должна описывать температурное поле в материале при изменяющейся мощности внутренних источников тепла и учитывать зависимость теплоемкости термопласта от температуры. Это позволит теоретически исследовать режимы ВЧ-сварки, осуществить обоснованный выбор параметров процесса с учетом оценки влияния температурного распределения в материале на качество сварки и в конечном итоге -разработать эффективный способ управления и автоматизированную систему управления процессом.

Цель работы. Повышение эффективности и качества высокочастотной сварки изделий из полиамида.

В первой главе дан критический анализ состояния вопроса в области технологии ВЧ-сварки пластмасс, методов контроля и управления процессами данного типа. Показано, что диэлектрические свойства полиамидов изучены недостаточно, а имеющиеся в литературе сведения о механизме диэлектрических потерь вблизи температуры плавления противоречивы. Математические модели, описывающие процесс ВЧ-сварки, не учитывают зависимость электрофизических свойств и теплоемкости термопласта от температуры. В связи с этим известные математические модели далеки от реальности и не могут быть использованы для алгоритмизации управления ВЧ-сварочной установкой.

Технология прессовой ВЧ-сварки термопластов с узким температурным интервалом перехода из кристаллического в вязко-текучее состояние разработана неудовлетворительно. Достаточно сказать, подчеркивается в главе, что если следовать рекомендациям, даваемым специальной литературой, то параметры режима сварки необходимо каждый раз подбирать экспериментально. Вопросы автоматизации ВЧ-сварочных установок практически не разработаны, что частично объясняется технической невозможностью непосредственного контроля за температурой в сварном соединении. Известные методы косвенного контроля за тепловым режимом процесса, основанные на задании продолжительности цикла сварки, в принципе не способны учесть целый ряд факторов: зависимость электрофизических и теплофизических свойств материала от температуры, влияние изменяющейся температуры электродов рабочего конденсатора. Качество сварных соединений термопластов с узким температурным интервалом перехода в вязко-текучее состояние и высокой температурой текучести, получаемых методом ВЧ-нагрева при наперед заданной продолжительности, оказывается низким - брак готовой продукции достигает 20%. Вследствие тепловых потерь в электроды и околошовную зону, невысоким является и термический КПД процесса. В результате проведенного критического анализа состояния вопроса поставлены задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена исследованию диэлектрических свойств полиамида - 610 - материала, использующегося для изготовления корпусов щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Исследование выполнено двумя методами - путем измерений на куметре (измерителе добротности) и методом автоматизированного эксперимента, предусматривающим определение фактора диэлектрических потерь путем обработки экспериментальных данных по непосредственному высокочастотному нагреву образца материала. Для решения последней задачи предложена методика автоматизированного эксперимента. С учетом особенностей рассмотренной технологической схемы процесса сварки корпусов аккумуляторов дан анализ высокочастотного сварочного пресса как объекта управления.

Третья глава посвящена вопросам теоретического исследования и расчета процесса высокочастотной сварки термопластов, а также разработке способа управления. Предложенная математическая модель описывает нестационарный процесс распространения тепла в толще материала, нагреваемого в ВЧ-электрическом поле, и учитывает зависимости фактора диэлектрических потерь и теплоемкости термопласта от температуры. Получены численные решения уравнений математической модели, позволяющие рассчитать мгновенную температуру в сварном соединении и поле температур в глубине материала при различных температурах сварочного электрода. На основе исследования поля температур и оценки качества сварки в различных режимах предложен способ управления процессом. Способ учитывает изменение температуры электродов и предусматривает ступенчатое снижение напряженности электрического поля.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Предложена методика оценки качества сварного соединения по локальной температуре размягчения термопласта. Блок-схема алгоритма АСУ разработана на основе предложенного способа управления. В состав системы входят вычислительные устройства, работающие в режиме реального времени. Исследование работоспособности системы и оценка эффективности от ее применения выполнены путем сравнения показателей процесса сварки в режимах постоянной и ступенчато изменяющейся напряженности поля в материале (без применения АСУ и с применением АСУ).

Защищаемые положения:

- математическая модель сварки термопластов в высокочастотном электрическом поле при изменяющейся температуре электродов, описывающая сварку как нестационарный процесс распространения тепла в толще материала и учитывающая зависимости фактора диэлектрических потерь и теплоемкости термопласта от температуры;

- способ управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида, предусматривающий ступенчатое снижение напряженности поля в материале при превышении критической температуры электродов рабочего конденсатора и устанавливающий момент переключения по достижении в сварном шве температуры первого максимума диэлектрических потерь; - алгоритм и структура автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида, работающей в режиме реального времени.

Практическая ценность. Разработана методика определения диэлектрических свойств термопластов непосредственно из экспериментов по высокочастотному нагреву. Методом автоматизированного эксперимента получена зависимость фактора диэлектрических потерь полиамида - 610 от температуры.

Апробация работы. Отдельные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 5 Международной научной конференции «Действие ЭМ-полей на пластичность и прочность материалов»(Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2003) и на научных семинарах кафедры общей физики Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работы.

1. СВАРКА ПЛАСТМАСС ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ НАГРЕВОМ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА, МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Сварка полимерных материалов в поле токов высокой частоты, (методом высокочастотного нагрева) основана на нагреве в результате преобразования электрической энергии в тепловую непосредственно внутри материала. Преимущества высокочастотной (ВЧ) сварки пластмасс обусловлены физическими преимуществами диэлектрического нагрева [1-4] и заключаются в следующем: быстрый и равномерный прогрев соединяемых поверхностей без проплавления всего объема материала; возможность регулирования режима сварки; обеспечение прочного сварного соединения, превышающего прочность соединения, получаемого методом контактно-тепловой сварки; снижение затрат на проведение сборочных технологических операций.

Несмотря на значительные преимущества, ВЧ-метод сварки до сих пор имеет ограниченное применение, причем даже в тех случаях, когда является единственно возможным методом соединения деталей. В связи с этим уместно подчеркнуть, что согласно [5] «сварка пластмасс является таким способом соединения, в результате которого (в отличие от склеивания!) полностью или почти полностью исчезает граница раздела между контактирующими поверхностями, а прочность материала в месте соединения, так же как и все физические свойства, приближается, а иногда становится равной, прочности свариваемого материала». При склеивании пластмасс на сохранившейся границе между двумя контактирующими поверхностями остается клеевая пленка, свойства которой и ее адгезия к соединяемым поверхностям, как известно, определяют свойства соединения.

Корпуса щелочных аккумуляторов изготавливают из полиамидов -термопластичных полимеров, обладающих прекрасным сочетанием эксплуатационных характеристик: легкостью, стойкостью к действию агрессивных сред, высокой механической прочностью и др. Диэлектрические свойства полиамидов на высоких частотах (выше 1 МГц) достаточны для эффективного разогрева токами высокой частоты, что казалось бы предопределяет успешную реализацию технологии высокочастотной сварки. Так, согласно [6,7], сварке токами высокой частоты подвергают полимерные материалы, фактор диэлектрических потерь которых больше сотых долей единицы: г" > 0,01. В действительности, технология ВЧ-сварки изделий из полиамидов все еще находится в стадии опытно-конструкторской проработки или проверки. Оптимальные режимы проведения процесса остаются неизученными, а опубликованные по этому вопросу сведения [6,8-10], -противоречивыми. В связи с изложенным представляется целесообразным исследовать состояние вопроса в области механизма высокочастотной сварки пластмасс, методов расчета тепловых режимов сварки, а также методов контроля и управления процессом.

Как известно [5], пластмассы представляют собой многокомпонентные смеси, технологические свойства в которых (к их числу относится и свариваемость) определяются основным компонентом - смолой. ВЧ-сварка относится к разновидности диффузионной, которая осуществляется в результате преимущественно протекающей взаимной диффузии молекул полимера в контактирующих поверхностях [5,11,12]. В соответствии с существующими представлениями при диффузионной сварке молекулы полимера приобретают достаточно высокую скорость перемещения относительно друг друга. Вместе с тем взаимное перемещение громоздких молекул, находящихся в вязко-текучем состоянии, происходит с малой скоростью и тем меньшей, чем выше молекулярный вес полимера. Полиамиды относятся к классу термопластов, но характеризуются сравнительно невысоким молекулярным весом (10000 + 40000). Вместе с тем полиамиды являются кристаллическими полимерами с узким температурным интервалом перехода из кристаллического в вязко-текучее состояние [5]. Механизм сварки кристаллических полимеров до конца не изучен.

Принято считать [5,13-17], что при диффузионной сварке кристаллических полимеров происходит расплавление кристаллов в пограничных зонах и их рекристаллизация после окончания процесса взаимной диффузии. Поскольку степень кристалличности и строение кристаллических образований определяются температурой и длительностью выдержки полимера при температуре кристаллообразования, строгое соблюдение режимов сварки особенно важно; в противном случае, согласно [5], степень кристалличности и форма кристаллических образований в сварном шве и в толще материала будут резко отличаться, и, следовательно, будут отличаться плотности и их механическая прочность.

Диэлектрические потери в термопластах вызываются двумя причинами: дипольной поляризацией и электрической проводимостью. Диэлектрические потери в полиамидах в значительной степени обусловлены наличием полярных групп, что приводит, как будет показано ниже, к сложной зависимости диэлектрических свойств от температуры. Здесь же подчеркнем, что согласно существующим представлениям межмолекулярное взаимодействие в полимере возрастает с повышением его полярности. Именно поэтому у полярного полимера - полиамида - высокими являются температура перехода в вязко-текучее состояние и вязкость в этом состоянии. Доказано [5,18,19], что чем более полярным является полимер, тем ниже его свариваемость. По возрастающей степени полярности звеньев молекул полимеры можно расположить в следующий ряд [5]: полистирол, полиформальдегид, поливинилацетат, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, поливинилиден-хлорид, полиамиды.

Таким образом, с одной стороны, полиамиды как полимеры с полярными звеньями молекул характеризуются значительными диэлектрическими потерями, предопределяющими их эффективный ВЧ-нагрев.

С другой стороны, из-за. наличия полярных звеньев молекул температура перехода полиамидов в вязко-текучее состояние является высокой (для полиамида - 610: Гтек =225°С [5]), а температурный интервал перехода из кристаллического в вязко-текучее состояние - очень узким. Именно этими причинами, надо полагать, и обусловлены значительные трудности в реализации процесса сварки изделий из полиамида. В самом деле, в процессе сварки необходимо осуществить разогрев материала в зоне шва до температуры плавления, которая для полиамидов практически совпадает с температурой перехода в вязко-текучее состояние (Гпл = 220°С, Гтек = 225°С). Прекратить нагрев требуется при достижении Гхек. Вместе с тем для взаимного перемещения достаточно больших молекул полимера требуется определенное время, в течение которого температура в зоне шва не должна существенно увеличиться. В противном случае неминуемо произойдет термическая или термоокислительная деструкция полимера (Тдест = 260-300°С [9,20,21]). Высокочастотный нагрев, как уже отмечалось, позволяет вести сварку без проплавления всего объема материала и кроме того является безынерционным регулируемым источником тепла. Однако для успешной реализации процесса сварки требуется непрерывный контроль температуры, что, как правило, неосуществимо на практике.

Совокупное выделение тепла в материале за единицу времени, обусловленное смещением заряженных частиц (поляризацией) и протеканием токов проводимости, выражается формулой - основным уравнением ВЧ-нагрева [1]: р = 2к/в0в^8Е2 (1.1) гдер - удельная мощность внутренних источников тепла,/- частота ЭМ-поля, 8о - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (воздуха), г -относительная диэлектрическая проницаемость материала, 5 - угол диэлектрических потерь материала, Е - напряженность электрического поля в материале.

В технических задачах нагрева материалов наибольшее значение представляет поляризация полярных молекул, ограниченная их тепловым движением. Предпосылкой для нагрева полимера в ВЧ-электрическом поле является наличие в его молекулах звеньев, имеющих дипольное строение и способных поляризоваться при наложении внешнего поля [5]. Поляризация молекул в электрическом поле происходит вслед за изменением направления поля и с той же частотой, но с некоторым запаздыванием [1,2,26]. Запаздывание свидетельствует о преодолении сил, препятствующих смещению зарядов и ориентации диполей, на что требуется затрата энергии. Энергия, затрачиваемая на поляризацию молекул полимера, преобразуется в тепло.

Из уравнения (1.1) следует, что мощность, а, значит, скорость нагревания и достигнутая температура, зависят от напряженности электрического поля в квадрате, а от частоты и электрофизических (или, иначе, диэлектрических) свойств материала - в первой степени. Из уравнения (1.1) следует также, что нагрев в поле токов высокой частоты происходит безынерционно и равномерно во всем объеме материала и в каждой элементарной частице (если он однороден) вне зависимости от его коэффициента теплопроводности и геометрических размеров, а длительность ВЧ-нагрева зависит только от подводимой мощности и электрофизических свойств материала. Это дает возможность получить очень большие скорости подвода тепла, или иначе: исключительно мощные источники тепла, распределенные внутри тела. Вместе с тем методом ВЧ-нагрева при необходимости можно реализовать условия избирательного нагрева (особое преимущество ВЧ-сварки!), когда материал разогревается до требуемой температуры только в слоях, подлежащих соединению.

Первоначальной задачей разработки технологических процессов, использующих энергию внутренних источников тепла, является исследование диэлектрических свойств материалов. Сведения о диэлектрических свойствах полиамидов можно найти в ряде работ и справочных пособий [2,4-6,22-29]. В большинстве из них, однако, диэлектрические свойства даются при комнатной температуре и на относительно низкой частоте (/* = 1МГц). Правда, в [10] отмечается, что в диапазоне частот от 1 до 30 МГц параметры е' и tgЪ полиамидов мало изменяются с частотой.

По данным работ [2,4], заимствованным, кстати говоря, из [10], температурная зависимость tgЪ полиамида - 68 (наименование полиамида - 610 по старому ГОСТу) претерпевает максимум при температуре 140°С. Вблизи температуры плавления (точнее, при Т = 210°С) величина tgЪ снижается по сравнению с максимумом более, чем на порядок. Подобный результат представляется сомнительным, так как согласно [29] при переходе через температуру плавления у полиамида - 610 (найлона - 610) снижается степень кристалличности, что приводит к скачкообразному возрастанию тангенса угла диэлектрических потерь и фактора диэлектрических потерь (второй температурный максимум). Хотя, по более поздним данным тех же исследователей [28]: в найлоне - 610 наблюдается только один максимум в температурном ходе tgЪ и с", соответствующий температуре порядка 160°С. Уместно заметить, что численные значения tgд и е" не совпадают друг с другом у различных исследователей [2,4,10,27-29]. По всей вероятности, значительную роль здесь играет способ получения образцов, использовавшихся для диэлектрических измерений. Известно [27], что способ приготовления образца полимера оказывает существенное влияние на степень его кристалличности, что в результате сказывается не только на численных значениях tgЪ и г", но и на форме температурных зависимостей этих параметров (кривые с одним или с двумя максимумами).

Согласно теории диэлектрической релаксации в полимерах [30], каждой ступени изменения г в температурном ходе соответствует максимум диэлектрических потерь г. а - максимум соответствует стеклованиюсегментальной подвижности. Образование более плотных областей приводит к снижению плотности в промежуточных областях, причем в этих областях сегментальная подвижность «размораживается» при более низких температурах. Признак такого расслаивания аморфной фазы - появление еще одного а-максимума (а'), интенсивность которого растет при термическом старении полимера. Полиамиды согласно [31,32] отвечают описанным закономерностям: а - максимум наблюдается в области 240-260°С (надо понимать, при Т =ГПЛ или вблизи нее - С.Н.Р.), а а' - максимумы - при Т= 160-180°С. Таким образом, в соответствии с [31,32] у полиамидов наблюдается два максимума в температурном ходе кривой в".

С сожалением можно констатировать, что существующие данные по диэлектрическим свойствам полиамида недостаточны и противоречивы. В связи с чем необходимые для выполнения расчетов зависимости е'(Т), tgЪ (Т) или е"(7) потребуется находить в ходе выполнения настоящей работы. Остановимся в связи с этим на методах определения электрофизических (ЭФ) - свойств материалов.

ГОСТ на ЭФ-измерения разработан на методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь монолитных материалов на частотах до 5 МГц (при комнатных температурах) [33]. Вместе с тем техника электрофизических измерений на высоких частотах резонансными методами разработана достаточно полно [1,4,34-37]. Хотя, как отмечалось, механизм высокотемпературных диэлектрических потерь в полимерах изучен недостаточно, в специальной литературе можно найти некоторые отрывочные сведения по данному вопросу.

В соответствии с [38], плотность упаковки полимера, т.е. наличие пустот, облегчающих проникновение воды в полимер и обусловливающих форму ее распределения в равновесном состоянии, целиком и полностью определяют ЭФ-свойства полимеров полиэтиленового и полиамидного ряда. ЭФ - свойства эпоксидных смол позволяют вести их интенсивный разогрев в электрическом поле высокой частоты, причем выбор частоты не является критичным [39,40]. Механизм диэлектрических потерь в эпоксидных смолах согласно [39,40] носит ярко выраженный релаксационный характер, что подтверждается сдвигом максимумов в сторону более высоких частот с уменьшением молекулярного веса полимера. При этом максимумы наблюдаются вблизи критических температур, соответствующих плавлению смолы.

Не умаляя достоинств электрофизических измерений как универсального метода исследования диэлектрических свойств материалов, сделаем оговорку.

Получить достоверные температурные зависимости параметров г и полиамидов в измерительном конденсаторе (измерительном преобразователе) с электрообогревом может оказаться затруднительно, ввиду требуемой высокой температуры и низкой теплопроводности материала. В связи с этим дополнительным методом определения диэлектрических свойств (фактора диэлектрических потерь е") может служить метод непосредственного высокочастотного нагрева [41-43].

Действительно, из основного уравнения ВЧ-нагрева для случая размещения образца материала в однородном электрическом поле (Е = —) с1 можно получить выражение: рср а1

Ат 2я/е0С/р'

1.2) где р - плотность материала, ср - удельная теплоемкость материала, с1 — расстояние между электродами рабочего конденсатора, ир - напряжение на рабочем конденсаторе, ДТ - достигнутое приращение температур за промежуток времени Дг.

Из (1.2)- видно, что если приращение температур АТ выбрать небольшим, то из экспериментов по ВЧ-нагреву можно найти зависимость фактора диэлектрических потерь от температуры.

Еще одним, весьма перспективным на наш взгляд, методом косвенного определения диэлектрических свойств материалов является метод, основанный на обработке результатов измерений текущих электрических параметров ВЧ-генератора, с помощью которого осуществляется разогрев [44,45]. Заметим сразу, что все указанные косвенные методы предполагают обязательное применение приборов для дистанционного измерения температуры образца материала - ИК-термометров [42,46,47], которые в настоящее время выпускаются серийно.

Теоретическому анализу процесса высокочастотной сварки пластмасс посвящено довольно большое число публикаций [6,8-10]. При сварке поток тепла из свариваемого слоя материала (шва) устремляется к электродам, которые имеют температуру окружающего воздуха. Уравнение нестационарной теплопроводности с внутренним источником тепла, описывающее тепловые процессы в подобной системе, имеет вид [6,8-10]: дТ д2Г р(Г) дт атдх* + срР (13) с краевыми условиями: т=0=Гн, Тх=х = Тэ, ^ 0. х=0

1.4)

Здесь Т- локальная температура материала, х - координата, jc = 0 - свариваемая поверхность (шов), ат -коэффициент температуропроводности, р — мощность внутренних источников тепла, рассчитываемая по (1.1), Х- полуширина свариваемого материала, т - время, Г„ - начальная температура материала, Тэ -температура электродов рабочего конденсатора.

По уравнению (1.3) с условиями (1.4) можно рассчитать распределение температур по текущей толщине х свариваемой детали. Однако, решение этого уравнения (в аналитическом виде), приводимое в различных источниках [6,810], дается только для случая р = const. Вместе с тем, как было показано выше, фактор диэлектрических потерь термопластов и, в частности полиамидов, резко зависит от температуры, что приводит к значительным изменениям мощности р. В уравнении (1.3) это обстоятельство подчеркнуто нами.

В общем случае при произвольной функциональной зависимости р{Т) уравнение (1.3) с условиями (1.4) не имеет аналитического решения [48,49]. Важно, однако, подчеркнуть другое. Выводы, сформулированные в работах [6,8-10,15] на основе аналитического решения уравнения нестационарной теплопроводности при постоянстве мощности внутренних источников тепла, не могут быть распространены на более общий случай р = var; соответственно мы здесь их воспроизводить не будем. Заметим только, что фактор диэлектрических потерь кристаллических термопластов, как уже отмечалось, сильно зависит от способа их приготовления. По этой причине учет зависимости р(Т) путем подстановки в уравнение (1.3) заранее снятой функции е"(7) еще не гарантирует корректного вычисления текущей температуры в сварном соединении. Соответственно - не представляется возможным на основе одной только подобной расчетной процедуры гарантированно достичь температуры плавления и отключить нагрев. Хотя именно по этому принципу построены простейшие системы автоматизации процессов ВЧ-сварки пластмасс [6,9,14]. Очевидно, что для термопластов с узким температурным интервалом перехода в вязко-текучее состояние подобные системы неработоспособны. Тем более, что так называемая сварочная температура (температура в зоне сварки) существенно зависит от температуры электродов рабочего конденсатора [50].

Кроме температуры в зоне сварки, а также времени ВЧ-нагрева и времени выдержки (времени пребывания изделия после отключения нагрева), на качество сварного соединения при прессовой сварке оказывает влияние усилие сжатия. Утонение материала при сварке, протекающей путем коалесценции расплава и сопровождающейся вытеканием расплава и перемешиванием, согласно [51,5,6] связано с давлением зависимостью: V рЪ1 т I2

1.5) где ^ -давление пресса, толщина материала до сварки, Хш - толщина материала в зоне шва, ц- коэффициент динамической вязкости, Ъ - ширина электрода рабочего конденсатора, тсв - время сварки.

Проанализируем теперь известные результаты в области техники экспериментального исследования процессов высокочастотного нагрева и технологии высокочастотной сварки.

В [10] отмечается, что экспериментальная отработка режимов ВЧ-сварки представляет большие трудности вследствие того, что полиамиды имеют чрезвычайно узкий интервал вязко-текучего состояния (3-5°). Рекомендуется [10] искусственное увеличение этого интервала за счет введения в зону шва пластификатора (трикрезол), увеличивающего указанный интервал до 10°. Однако, влияние трикрезола на диэлектрические свойства полиамида в работе [10] не изучалось. Кроме того, обращает на себя внимание следующее обстоятельство.

Увеличение интервала перехода полиамида в вязко-текучее состояние по нашему мнению не решает проблему контроля за тепловым режимом процесса сварки. Действительно, согласно [10], для сварки полиамида - 68 требуется время т = 11 с при напряженности поля в материале Е = 6 кВ/см (колоссальная цифра!). Полагая: р = const, ориентировочно находим, что за 1 с температура материала увеличивается на 20°. Таким образом, если выключить нагрев с опозданием даже на 1 секунду, произойдет термоокислительная деструкция материала в зоне сварного соединения. Из данного примера с очевидной наглядностью следует, что без контроля за тепловым режимом обеспечить качественное сварное соединение в полиамиде не представляется возможным. Между тем, как уже отмечалось, контроль температуры в течение цикла ВЧ-нагрева представляет собой весьма сложную техническую проблему.

Авторы работы [52] полагают, что основным параметром, характеризующим процесс ВЧ-сварки полимерных материалов, является напряженность электрического поля. В соответствии с этим в [52] предлагается прибор для измерения напряжения Up на рабочем конденсаторе (на основе емкостного делителя напряжения), а о качестве сварного соединения (прочности шва) рекомендуется судить по характеру изменения параметра Up за цикл сварки. Такое утверждение вызывает по меньшей мере недоумение, поскольку характер изменения напряжения Up, как известно из теории генераторов [1,53], свидетельствует о поведении нагрузки, т.е. об изменении диэлектрических свойств материала, весьма сложным образом отражая также изменение режима работы генератора [44,45]. Что же касается собственно приборов для измерения высоковольтного напряжения высокой частоты, то в настоящее время для этой цели применяются ламповые вольтметры с емкостными делителями напряжения [3,41,42].

Известно [1,42], что термопара, термометр сопротивления, жидкостный термометр и любое другое измерительное устройство, помещенное внутрь рабочего конденсатора, вызывает искажение электрического поля. Это, в свою очередь, приводит к погрешностям измерения температуры и ухудшению условий нагревания. Кроме этого показания такого измерителя зависят не только от температуры нагреваемого материала, но и от прямого ВЧ-нагрева термочувствительного элемента. Даже специальные, экранированные от действия ЭМ-поля, конструкции термопар [54-56] не обеспечивают гарантированных результатов измерений. Единственно возможный способ измерения - дистанционный - с помощью ИК-термометров [42,46,47]. Однако, ВЧ-сварка пластмасс производится в закрытом прессе, контактные плиты которого одновременно являются электродами рабочего конденсатора [5,57]. В таких условиях контролировать температуру в сварном соединении технически невозможно даже с помощью ИК-термометров. В соответствии со сказанным вопрос контроля температуры в сварном соединении в процессе ВЧ-сварки остается открытым, а его решение будет являться одной из задач настоящей работы.

Усилие сжатия при прессовой ВЧ-сварке термопластов выбирается в пределах 0,1 10 МПа [5,58]. Для процесса ВЧ-сварки листового полиамида в [9,10,59] рекомендуется более узкий диапазон: 1,0 + 2,0 МПа. Во избежание излишнего продавливания свариваемого изделия, размягченного в зоне шва, сварочное приспособление (сварочную оснастку) снабжают ограничителем хода [5]. В специальной литературе приводятся и другие сведения о технологии ВЧ-сварки термопластов. Так, например, в [15] указывается, что важным условием, обеспечивающим качество сварных соединений, наряду с продолжительностью сварки тсв (определяемым как отрезок времени от момента включения до момента выключения напряжения на электродах рабочего конденсатора), является продолжительность выдержки тв соединения в прессе после сварки. Выдержка необходима для охлаждения материала до температуры, при которой исключается деформация шва и обеспечивается его легкое отделение от электродов. Продолжительность выдержки зависит от толщины материала, его теплофизических свойств и теплоемкости сварочного приспособления. Согласно [15], продолжительность выдержки -экспериментально подбираемый параметр. Автор работы [59] - монографии в области сварки полимерных материалов - при описании механизма и технологии ВЧ-сварки вводит понятия «основных и дополнительных параметров режима процесса». К основным параметрам согласно [59] относятся параметры, которые непосредственно влияют на мощность, выделяющуюся в диэлектрике в виде тепла, а именно: частота тока, напряженность электрического поля, сварочное давление и время сварки (продолжительность нагрева).

Из основного уравнения ВЧ-нагрева (1.1.) следует, что мощность, выделяющаяся в диэлектрике в виде тепла, зависит от частоты тока, напряженности поля и электрофизических свойств материала. Сварочное давление на мощность никак не влияет. Что же касается продолжительности нагрева до заданной температуры, то этот параметр сам определяется выделившейся в материале энергией - мощностью внутренних источников тепла. Более того, в том-то и состоит основная трудность определения продолжительности нагрева свариваемого соединения до заданной температуры (температуры плавления или температуры текучести), что этот параметр чрезвычайно трудно определить заранее - чисто расчетным путем. Доля тепла, отводимого в электроды и околошовную зону, зависит от толщины материала, тепло физических свойств материала и оснастки, а также температуры электродов. Время достижения локальной температуры в сварном соединении, как было показано, может быть найдено на основании численного решения уравнения (1.3) с условиями (1.4) при известной зависимости ЭФ-свойств материала от температуры. При этом значения Тэ можно найти только из условий реального процесса.

Даже не касаясь в деталях особенностей механизма сварки, на наш взгляд, очевидно, что время процесса - параметр не входной (задаваемый), а выходной, то есть искомый. Установить этот параметр на реле времени на основании предварительного расчета и гарантированно достичь требуемой температуры при сварке полиамида, как уже отмечалось, невозможно даже в случае применения подогреваемых до фиксированной температуры электродов [5,13,59,60]. Не говоря уже о технологических неудобствах такого технического приема. Поскольку методика определения продолжительности сварки тсв в [59] и других литературных источниках отсутствует, надо понимать, что этот параметр также рекомендуется каждый раз подбирать экспериментально.

Проведенного анализа состояния вопроса на наш взгляд достаточно, чтобы сделать определенные выводы.

Технология прессовой высокочастотной сварки термопластов с узким температурным интервалом перехода из кристаллического в вязко-текучее состояние разработана неудовлетворительно. Параметры режима сварки приходится каждый раз подбирать экспериментально. Вследствие этого снижается производительность сварочного оборудования, значительным оказывается процент брака готовой продукции. Задача повышения эффективности технологии процесса сварки пластмасс (в частности, сварки полиамидов) может быть успешно решена только при условии управления за тепловым режимом процесса. Однако в литературе отсутствуют сведения не только о методах синтеза подобных систем управления, но и о способах контроля за температурой сварки. Непосредственное измерение температуры в сварном соединении при прессовой ВЧ-сварке технически неосуществимо. Известные косвенные методы задания продолжительности цикла сварки (времени^ достижения температуры плавления) несовершенны, так как не учитывают по крайней мере отвод тепла в околошовную зону и электроды.

В качестве теоретической базы при синтезе автоматизированной системы управления процессом ВЧ-сварки пластмасс за основу может быть взято уравнение нестационарной теплопроводности с внутренним источником тепла, решение которого для случая нагрева полиамида следует искать с учетом зависимости диэлектрических свойств этого материала от температуры. В свою очередь, задача определения функциональной зависимости диэлектрических свойств полиамида от температуры в области, близкой к плавлению, является нетривиальной и требует самостоятельного рассмотрения. Подходом к решению данной задачи может являться метод автоматизированного эксперимента, при котором зависимость фактора диэлектрических потерь от температуры находится из прямых экспериментов по высокочастотному нагреву эталонного образца. Вторым способом получения температурной зависимости фактора диэлектрических потерь может служить метод определения мощности внутренних источников тепла по мгновенным электрическим параметрам высокочастотного генератора, питающего сварочную установку.

Основные задачи данной диссертационной работы формулируются следующим образом:

- исследование диэлектрических свойств полиамида в широком интервале температур;

- разработка способа управления процессом, обеспечивающего заданное качество сварки;

- разработка автоматизированной системы управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида;

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИАМИДА-610 И АНАЛИЗ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРОЧНОЙ УСТАНОВКИ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Глава посвящена изучению и анализу диэлектрических свойств полиамида-610 - материала, использующегося для изготовления корпусов щелочных аккумуляторов. Исследование выполнено двумя методами — путем измерений на куметре и методом автоматизированного эксперимента, предусматривающим получение информации в результате непосредственного высокочастотного нагрева образца материала. При физико-химической интерпретации полученных температурных зависимостей использовались представления современной теории диэлектрической поляризации и потерь в полярных полимерах. В заключительной части главы рассмотрена технологическая схема процесса высокочастотной сварки корпусов аккумуляторов и аккумуляторных батарей; проведен анализ высокочастотного сварочного пресса как объекта управления.

Заключение диссертация на тему "Автоматизированная система управления процессом высокочастотной сварки изделий из полиамида"

ВЫВОДЫ

3. Исследовано влияние режимов высокочастотного нагрева (напряженности электрического поля, временной продолжительности цикла) на энергетические характеристики процесса и качество сварки изделий из полиамида.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ У ат - коэффициент температуропроводности, м /с;

Ь - ширина сварного шва, м; ср - удельная теплоемкость, Дж/(кг-К);

С - электрическая емкость, Ф;

Со - емкость пустого датчика, Ф;

Св - геометрическая емкость, Ф;

Сь С2, С3 - показания куметра; с/ - расстояние между электродами, м;

0 - толщина образца, м;

Е — напряженность электрического поля, В/м;

Еъ - напряжение на аноде генераторной лампы, В; ао - постоянная составляющая анодного тока, А;

- частота электромагнитного поля, Гц; давление, Па; Р' - усилие пресса, кг; к\, к2 - коэффициенты; / - полутолщина свариваемого материала, м; пг - масса образца, кг; М - молекулярная масса; г\ - активное сопротивление потерь в контуре, Ом; л р - удельная мощность внутренних источников тепла, Вт/м Рн - мощность высокой частоты, Вт; <2 - добротность контура;

- площадь поперечного сечения наплава, м2; Г-локальная температура, К, °С; ир - напряжение на рабочем конденсаторе, В; 7

V- объем, м ; л; - координата (текущая толщина), м; хсв - реактивность связи, Ом; ссо, а] - коэффициенты; р - погрешность, %; 8 - угол диэлектрических потерь, рад; бо - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (воздуха), Ф/м; в' - относительная диэлектрическая проницаемость материала; б" - фактор диэлектрических потерь материала;

X — коэффициент теплопроводности, Вт/м-К; р, - коэффициент динамической вязкости, Па-с; т|х - термический КПД, %; р - плотность материала, кг/м3; а - предел прочности, Па; - точность измерения температуры, °С; со - угловая частота, рад/с; х - время, с.

ИНДЕКСЫ акк - аккумулированная; д - деформация; доб - добавочный; доп - допустимое значение; в - воздух; выд - выдержка; к - контакт; н, о - начальное значение; общ- общий; па - полиамид; пл — плавление; подв - подведенная; раб - рабочее значение; св - сварка; тек - текучесть; упр - управляющий; ш - шов; э - электрод; х - искомый; ' - заданное значение.

Библиография Румынский, Сергей Николаевич, диссертация по теме Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

1. Княжевская Г.С., Фирсова М.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов. - Л.: Машиностроение, 1980. - 71 с.

2. Долгополов H.H. Электрофизические методы в технологии строительных материалов. М.: Стройиздат, 1971. - 240 с.

3. Высокочастотная электротермия. Справочник /Под ред. А. В. Донского. -М. Л.: Машиностроение, 1965. - 564 с.

4. Тростянская Е.Б., Комаров Г.В., Шишкин В.А. Сварка пластмасс. М.: Машиностроение, 1967.-251 с.

5. Глуханов Н.П., Федорова И.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов. Л.: Машиностроение, 1972. - 160 с.

6. Энциклопедия полимеров . М.: Советская энциклопедия, 1977. - Т.З. -С.378-379.

7. Безменов Ф.В., Федорова И.Г. Высокочастотная сварка пластмасс. Л.: Машиностроение, 1989. - 89 с.

8. Федорова И.Г., Безменов Ф.В. Высокочастотная сварка пластмасс. Л.: Машиностроение, 1990. - 80 с.

9. Ю.Брицын Н.Л., Шелина Т.А., Княжевская Г.С. Сварка полиамидов при нагреве в электрическом поле высокой частоты /Промышленное применение токов высокой частоты. Тр. ВНИИТВЧ. Вып. 5. - М. - Л.: Машгиз, 1964. -С.131-138.

10. П.Гришин H.A. Свариваемость термопластов//Пластические массы, 1963. — № 1- С.31-34.

11. Каменский А. Н. Электронномикроскопическое исследование взаимодиффузии в полимерных системах //Высокомолекулярныесоединения, 1965.- Т.7.- № 4. С.696-700.

12. Цаде Г.П. Электрохимическая и высокочастотная сварка пластических масс. -М.: Госстройиздат, 1962.- 137 с.

13. Зайцев К.И., Мацюк JI.H. Сварка пластмасс. М.: Машиностроение, 1978 — 224 с.

14. Сварка полимерных материалов /Под ред. К.И.Зайцева, J1.H. Мацюк. М.: Машиностроение, 1988.-312 с.

15. Мацюк JI.H., Вишневская Н.В., Котовщикова O.A. Влияние текучести расплава на свариваемость полимерных материалов //Сварочное производство, 1975. № 1. - С.25-26.

16. Шарплез А. Кристаллизация полимеров. М.: Мир, 1968. - 200 с.

17. Справочник по пластическим массам /Под ред. В.М.Катаева, В.А.Попова, Б.И.Сажина. М.: Химия, 1975. - Т.2. - 469 с.

18. Термопласты конструкционного назначения / Под ред. Е.Б.Тростянской. -М.: Химия, 1975.-240 с.

19. Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Пластические массы. -JL: Химия, 1978. -С.292.

20. Пивень А.Н., Гречаная H.A., Чернобыльский И.И. Теплофизические свойства полимерных материалов. Справочник. Киев: Вища школа, 1976.180 с.

21. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В. Материалы радиоэлектронной техники-М.: Высшая школа, 1969. 423 с.

22. Справочник по пластическим массам /Под ред. М.И.Гарбара, М.С.Акутина, Н.М.Егорова. М.: Химия, 1967. - T.l. - С.235.

23. Конструкционные и термостойкие термопласты. Каталог: Черкассы, 1988.-40 с.

24. Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. Справочник. М.: Металлургия, 1985.-480 с.

25. Электрические свойства полимеров /Под ред. Б.И.Сажина. Л.: Химия,1977.- 192 с.

26. Электрические свойства полимеров /Сажин Б.И., Лобанов A.M., Романовская О.С. и др. Под ред. Б.И.Сажина. JL: Химия, 1986. - 224 с.

27. Boyd R.H., Porter С.Н. Effects of melting on dielectric relaxation in poly (hexamethylene sebacamide) //J. of Polymer Science, 1972-Part A2. V. 10. -№4. - P.647-656.

28. Boyd R.H., Porter C.H. Dielectric studies of the effect of melting on molecular relaxation in crystalline polymers //American Chemical Society Polymer Preprints, 1971.-V.12. -№ l.-P. 135-141.

29. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Курс физики полимеров. М.: Химия, 1976. -288 с.

30. Лущейкин Г.А. Полимерные электреты. М.: Химия, 1984. - 184 с.

31. Лущейкин Г.А., Сурова В.В., Воробьев В.Д. и др. Диэлектрическая релаксация в полиамидных пленках //Высокомолекулярные соединения, 1975. Сер. Б. - Т.17. - № 2. - С.159-162.

32. ГОСТ 22372-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь,-М.: Изд-во стандартов, 1977. 9 с.

33. Басси (Bassey Н.Е.) Измерение ВЧ-свойств материалов. Обзор //Тр. ин-та инж. по электронной и радиотехнике, 1967.- Т.56. Вып. б.-С.344-352.

34. Эме Ф. Диэлектрические измерения. М.: Химия, 1967. - 224 с.

35. Лушейкин Г.А. Методы исследования электрических свойств полимеров. -М.: Химия, 1988.- 160 с.

36. Родионова Н.А. Влияние сорбционной формы связи воды на диэлектрические свойства органических диэлектриков /Физика диэлектриков. М.: Изд. АН СССР, 1960. - С.194-202.

37. Хиппель А.Р. Диэлектрики и их применение. М.: Госэнергоиздат,1959-336 с.

38. Митрошичев H.B. О зависимости диэлектрических свойств отвержденных эпоксидных смол от температуры //Электротехника, 1965. № 7. - С.31-33.

39. Антонов С.Н., Гурман И.Н. Электрические свойства эпоксидных смол различного молекулярного веса // Пластические массы, 1966. № 7. -С.38-40.

40. Юленец Ю.П. Автоматизация процессов термической обработки дисперсных материалов при высокочастотном нагреве. Дис. .докт.техн.наук. - СПб: СПб-гос.технол. ин-т (техн.ун-т), 1999.-460 с.

41. Архангельский Ю.С. СВЧ-электротермия. Саратов: Саратов, гос.техн. ун-т, 1998.-408 с.

42. Фрумкин A.A. Анализ режима работы устройств для емкостного нагрева диэлектриков и полупроводников //Труды конф. курсов по ВЧ-электротермическим установкам. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1954.1. С.42-52.

43. Юленец Ю.П., Марков A.B. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и влагосодержания по параметрам электрического режима установки высокочастотного нагрева //Известия вузов. Приборостроение, 1997. -Т.40. № 5. - С.60-65.

44. Левитин И.Б. Инфракрасная техника. Л.: Энергия, 1973. - 157 с.

45. Архангельский Ю.С. Радиационный инфракрасный пирометр для измерения температуры объекта в процессе его нагрева в СВЧ-поле. -Информлисток № 413-73 Саратовского межотраслевого терр. центра научно-техн.информации. Саратов, 1973.

46. Коздоба Л.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. М.: Наука, 1975.-227 с.

47. Теплофизические измерения и приборы /Е.С.Платунов, С.Е.Буровой, В.В.Курепин, Г.С.Петров; Под общ.ред. Е.С.Платунова. Л.: Машиностроение, 1986.-256 с.

48. Безменов Ф.В., Коробова В.В., Федорова И.Г. Некоторые вопросы высокочастотной сварки термопластичных материалов //Электротехника, 1986. № 7. - С.61-62.

49. Wintergerst S. Untersuchungen über die Festigkeit von Hochfrequenz -Schweißnähten an PVC Folien //Kunststoffe, 1960. - Bd.50. - №3.-S. 145-148.

50. Гришелевич B.A., Богдашевский A.B., Лебедева M.H. Контроль процесса высокочастотной сварки полимерных материалов //Сварочное производство, 1972. № 9. - С.30-32.

51. Донской A.B., Рамм Г.С., Вигдорович Ю.Б. Высокочастотные электротермические установки с ламповыми генераторами. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 307 с.

52. Берлинер М.А. Автоматическое управление процессами сушки /В кн. Автоматизация процессов сушки в промышленности и сельском хозяйстве. — М.: Машгиз, 1963.-С.8-22.

53. Волынец А.З. Термопара для измерения температуры в электрическом поле высокой частоты //Заводская лаборатория, 1966. Т.32. - № 8.1. С.1019-1020.

54. Комаров Г.В., Царахов Ю.С. Рузаков В.И. Замер температуры в сварном шве при высокочастотной сварке полимерных пленок //Сварочное производство, 1973. № 9. - С.38.

55. Безкоровайный К.Г. Сварка изделий из пластмасс. Л.: Химия, 1979. - 120с.

56. Макаров В.Г., Коптенармусов В.Б. Промышленные термопласты.

57. Справочник. М.: Химия; М.: Колосс, 2003. - 204 с.

58. Волков С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов-М.: Химия, 2001.-376 с.

59. Abele G.F. Hochfrequenz Schweisstechnik.- Zechner und Hüthig Verlag, Speyer, 1975.-578 s.

60. Гуль B.E., Кулезнев B.H. Структура и механические свойства полимеров. -М.: Высшая школа, 1979. 352 с.

61. Зайцев К.И. О проблеме сооружения пластмассовых трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности //Строительство трубопроводов, 1995. № 5. - С.12-18.

62. Bonten Ch.Serienschweßen von Kunststofftenlen: Ein Überblick zum Stand der Technik //Kunststoffe, 1999. Bd.89. - № 8. - S.33-34, 37-41.

63. Шенгелия Р.Г. О применении метода трех измерений на куметре при измерении г и tg5 материалов с большими потерями // Электричество, 1966. -№ 3. С.79-81.

64. Федорова И.Г. Высокочастотные установки для сварки пластмасс. Л.: ЛДНТП, 1977. - 56 с.

65. Румынский С.Н., Кашмет В.В. Исследование диэлектрических свойств полиамида 610 с использованием метода автоматизированного эксперимента /СПб-гос.технол.ин-т (техн.ун-т). - СПб, 2004. - 15 с. - Деп. в ВИНИТИ 06.10.04, № 1571-В2004.

66. Румынский С.Н., Кашмет В.В., Марков A.B. Оптимизация процесса высокочастотной сварки изделий из полиамида //Материалы 5 Международ, конф. «Действие ЭМ-полей на пластичность и прочность материалов». -Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2003. С.199-201.

67. Potente Н. Zur Theorie des Heizelement Stump fschweissens//Kunststoffe, 1977.- Bd.67.-№2.-S.98-102.

68. Румынский С.Н., Юленец Ю.П. Автоматизация процесса высокочастотной сварки корпусов щелочных аккумуляторов /Сб. научн. тр. по химическим источникам тока. СПб: Химиздат, 2004. - С. 135-139.

69. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - 656 с.

70. Марков A.B., Румынский С.Н., Юленец Ю.П. Автоматический контроль температуры в процессе высокочастотной сварки пластмасс //Сварочное производство, 2005. №4. - С.45-47.

71. Корнеев В.В., Киселев A.B. Современные микропроцессоры. СПб: БХВ - Петербург, 2003. - 448 с.

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00