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什么是塑料焊接技術(shù)常用塑料焊接技術(shù)介紹

2018-06-08

一件塑料成品可能由多種材料或部件制成,要將各部件結(jié)合起來(lái),可使用機(jī)械固定件、粘合劑及焊接工藝加工。三種接合方式中,以焊接工藝的效果最佳,而且焊接形式多樣,可根據(jù)不同材料、尺寸、用途而使用不同的焊接工藝。
機(jī)械固定件、粘合劑和焊接工藝均可將兩種工程塑料接合。機(jī)械固定件可快速將兩種部件連接,但接縫的防漏功能較差,局部應(yīng)力也會(huì)使聚合物材料之間脫離。
粘合劑可提供良好的特性,形成防漏功能優(yōu)良的接縫,可是,粘合劑處理難度較大,固化速度慢。同時(shí),采用粘合劑粘合時(shí),接縫準(zhǔn)備和表面清潔度要求較高。
焊接可產(chǎn)生粘合穩(wěn)固的接縫,其機(jī)械特性接近于母體材料。塑料焊接僅限于熱塑性聚合物,原因在于熱塑性材料可通過(guò)加熱而軟化。熱固性聚合物在硬化之后,無(wú)法通過(guò)加熱而軟化。與金屬相比,熱塑性聚合物焊接所需的熱量較少。
塑料焊接工藝可分為兩類:
A)機(jī)械移動(dòng)式焊接工藝:超聲焊接、摩擦焊接和振動(dòng)焊接。
B)外部加熱式焊接工藝:熱板焊接、熱氣焊接和植入焊接。
超聲波焊接
超聲焊接法通過(guò)機(jī)械高頻振動(dòng)而形成接縫。待裝配的部件加壓夾持于振蕩焊頭和固定焊頭之間,然后與接觸面呈直角,接受頻率為20~40KHz的超聲振動(dòng)。交替式高頻應(yīng)力在接縫界面處產(chǎn)生熱量,從而形成優(yōu)質(zhì)的焊接。用于這一工藝的工具十分昂貴,因此,適宜在生產(chǎn)量較大時(shí)采用。
此焊接法僅適用于焊接長(zhǎng)度不超過(guò)數(shù)厘米的小型部件。應(yīng)用領(lǐng)域包括在多頭機(jī)上焊接醫(yī)療器材所用的閥門和篩檢程序、盒體、汽車部件、吸塵器外殼等。
摩擦焊接
熱塑性塑料摩擦焊接(也稱為旋轉(zhuǎn)焊接)與金屬焊接的原理相同。在這種焊接工藝中,將一片基材固定,另一片基材以受控的角速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)部件壓合在一起時(shí),摩擦熱導(dǎo)致聚合物熔融,冷卻后即形成焊接。主要焊接參數(shù)包括:旋轉(zhuǎn)速度、摩擦壓力、鍛壓壓力、焊接時(shí)間和熔化長(zhǎng)度。
摩擦焊接能產(chǎn)生優(yōu)良的焊接質(zhì)量,焊接工藝簡(jiǎn)單,重復(fù)性強(qiáng)。但也由于其工藝簡(jiǎn)單,所以僅適合于至少有一個(gè)部件是圓形且不需要角度對(duì)齊的應(yīng)用領(lǐng)域。
振動(dòng)焊接
振動(dòng)焊接也稱為線性摩擦焊接。兩件熱塑性部件在適當(dāng)?shù)膲毫Α㈩l率和振幅下相互摩擦,直到產(chǎn)生足夠的熱量使聚合物熔融為止。振動(dòng)停止后,部件彼此對(duì)齊,熔化的聚合物固化后形成焊接。振動(dòng)焊接類似于旋轉(zhuǎn)焊接,區(qū)別在于運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)而非旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這一焊接法十分快速,振動(dòng)頻率一般為100~240Hz,振幅為1毫米~5毫米。
此焊接工藝的主要優(yōu)點(diǎn)在于能高速焊接大型復(fù)雜線性部件。其它優(yōu)點(diǎn)還包括:能同時(shí)焊接多個(gè)部件,焊接工具簡(jiǎn)單,幾乎能焊接所有熱塑性材料包括注塑部件、擠塑部件、吹塑部件、熱成型部件、發(fā)泡部件和沖壓部件,主要用于汽車和家用電器行業(yè)。
Dukane推出的兩款振動(dòng)焊接設(shè)備VWB3500(965mm455mm)及VWB3700(1320mm610mm),適用于焊接以玻璃充填及高效性塑料制成的汽車、家電及醫(yī)療設(shè)備部件。電磁振動(dòng)頭特別耐用,由于沒(méi)有支承面,因此無(wú)須潤(rùn)滑。焊接頭經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì),可容納高頻的重型工具,所以焊接時(shí)間較短。
線性換能器可由控制器編程,確保升降臺(tái)保持的精準(zhǔn)高度、減速點(diǎn)、焊接開(kāi)始時(shí)間及距離。設(shè)定快速,利用自動(dòng)調(diào)校功能可自動(dòng)找出焊接頭的共振頻率。其它標(biāo)準(zhǔn)特色還包括:距離焊接、時(shí)間焊接、可編程振幅、多重設(shè)定及三級(jí)密碼保護(hù)。
振動(dòng)焊接尤其適合熱塑性材料,包括無(wú)定形樹(shù)脂如ABS/PC、PVC、PMMA及PES;半結(jié)晶樹(shù)脂如HDPE、PA、PP、TPO。Dukane的焊接機(jī)可接合汽車部件,例如進(jìn)氣歧管、儀表板、尾燈及保險(xiǎn)杠等;航空用途如HVAC管、內(nèi)飾燈及儲(chǔ)存箱;家電則有洗碗機(jī)的泵及噴水臂、洗滌劑的噴灑器及吸塵機(jī)外殼。
熱板焊接
對(duì)于塑料接合來(lái)說(shuō),熱板焊接是最簡(jiǎn)單的批量生產(chǎn)技術(shù)。高溫?zé)岚鍔A于待接縫的表面之間,直到軟化為止。此時(shí),將熱板抽出,兩表面在受控壓力之下貼合,保持一段特定的時(shí)間后合在一起。然后,讓熔融表面冷卻,形成焊接。焊接工具或加熱組件配有內(nèi)置電熱器,以避免塑料粘連于焊接工具上。
溫度一般介于180℃~230℃之間,具體根據(jù)待焊接材料的厚度和類型而定。這種焊接方法常用于焊接供氣、供水、污水、排水塑料管及化工行業(yè)所用塑料管的端頭;將加油管和接頭焊接于汽車用吹塑油箱上。
多種日常用品都采用這一焊接工藝,例如:吸塵器外殼,洗衣機(jī)和洗碗機(jī)部件、制動(dòng)液油箱、后燈、指示燈等汽車部件。熱板焊接法的弊端在于焊接速度較慢。小型件焊接時(shí)間一般為10秒~20秒,大型管焊接時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30分鐘。
熱氣焊接
熱氣焊接法與氧炔金屬焊接法相似。唯一的區(qū)別在于:氧炔焊所用的明火由熱氣流代替。壓縮空氣、氮?dú)?、氫氣、氧氣或二氧化碳通過(guò)焊槍時(shí)由電熱盤管加熱。
熱氣焊接法是一種熱塑性材料的組裝制作工藝。這一焊接法源于20世紀(jì)中期,利用加熱的氣流(通常為空氣)將熱塑性塑料基材和熱塑性塑料焊條加熱和熔化?;暮秃笚l熔融后形成焊縫。為確保有效焊接,必須在焊條上施加適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫?,還應(yīng)確保合適的焊接速度和焊槍位置。
主要用途包括化學(xué)品存儲(chǔ)容器、通風(fēng)管道和汽車保險(xiǎn)杠等注塑件維修等。氮?dú)庥糜谘鯕饷舾械牟牧希缇垡蚁?氧氣則形成更高的焊接強(qiáng)度。壓縮空氣能確保較好的效果,成本低廉,因此,在熱氣焊接中廣泛常用。
可焊接的塑料包括PVC、聚乙烯、聚碳酸酯和尼龍。這一焊接方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于能焊接大型、復(fù)雜的部件,但是焊接速度慢,焊接質(zhì)量完全依賴于焊工的技能。
植入焊接
在植入焊接中,首先將金屬嵌件夾在待接縫的部件之間,然后通過(guò)感應(yīng)或電阻方式加熱。采用電阻焊接時(shí),要求沿接縫放置電線將電流傳導(dǎo)到植入件中;采用感應(yīng)焊接時(shí)則不需要這種方式。熱塑性塑料沿植入件周圍熔融,圍繞其周邊流動(dòng)形成焊縫。植入焊接法已用于焊接大型部件等的復(fù)雜接縫,包括汽車保險(xiǎn)杠、電動(dòng)汽車和游艇船殼。
焊接時(shí),激光光束將塑料熔融于接縫區(qū)。激光機(jī)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射光束(通常位于電磁光譜的紅外線區(qū)),集中于待接縫的材料表面。這樣,就在分子中產(chǎn)生了共振頻率,令周邊材料溫度升高。
激光焊接是一種大批量生產(chǎn)工藝,其優(yōu)點(diǎn)在于不產(chǎn)生振動(dòng),可將弧光灼傷降低到最低限度。其它優(yōu)勢(shì)包括:光束強(qiáng)度可控,可盡量避免部件變形或受損;激光光束集中,便于接縫準(zhǔn)確成型;這種工藝屬非接觸式工藝,既清潔又衛(wèi)生。激光焊接適用于單次焊接及連續(xù)焊接,不過(guò),待焊接材料必須夾緊。焊接速度根據(jù)聚合物吸收率而定。
激光焊接是一種可行的解決方案,能代替?zhèn)鹘y(tǒng)型焊接方法。近年來(lái),激光焊接技術(shù)甚至可焊接透明材料。隨著噴墨和桌面噴灑系統(tǒng)等生產(chǎn)工藝的進(jìn)步,激光焊接已成為小批量生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)領(lǐng)域的備選方案。
在激光焊接過(guò)程中,部件會(huì)吸收電磁能,將其轉(zhuǎn)化成熱能,但塑料并不吸收近紅外線(NIR)光,因此,NIR一般從塑料中直接通過(guò)。以前,聚合物激光焊接最常用的方法是在整個(gè)底部基材上噴灑碳黑。碳黑能吸收靠近界面的光,生成足夠的熱量以形成焊縫。遺憾的是,這一方法會(huì)影響塑料的透明性。