熱塑性塑料的焊接

1、-. z.熱塑性塑料的焊接通常認為熱塑性焊接是不可逆的.少數(shù)工藝如感應(yīng)焊接可生產(chǎn)可逆組裝件.至于選擇哪種方法應(yīng)在制件沒計初作出,因為焊接方法對制件設(shè)計的要求可能是重要的,且不同焊接方法同差異顯蓍.超聲焊接振動焊接旋轉(zhuǎn)焊接熱板焊接感應(yīng)焊接接觸(電阻)焊熱氣焊接擠出焊接熱氣焊接技術(shù)通常用來焊接塑料管,片或半成品制品而不是注塑成型制件.但許多熱塑性模塑制件,特別是熱塑性汽車盤是用熱氣焊接技術(shù)修復(fù)的,另外熱氣焊接有時用來制備塑料樣模制件.超聲焊接焊接熱塑性制件的最普通的方法是超聲焊接.這種方法是采用低振幅,高頻率(超聲)振動能量使外表和分子摩擦產(chǎn)生焊接相連墊塑性制件所需的熱量.(正弦超聲振動)超聲焊接

2、在20-50kHz的頻率*圍內(nèi)發(fā)生,其一般振幅*圍為15-60um.在低達15kHz(較高振幅)的聲頻有時用于較大制件或較軟材料.焊接過程通常在內(nèi)發(fā)生.焊接工藝孌量包括焊接時間,焊頭位置和焊接壓力.超聲焊接設(shè)備通常用來焊接中,小尺寸的熱塑性塑料制件,而很大的制件可用多點焊接.超聲焊接方法可根據(jù)焊接時間或焊縫位置(塌陷距離)或焊接能量控制.也對焊接壓力和冷卻時間提供附加控制.超聲焊接設(shè)備一般不是在20kHz就是在40kHz頻率下運行.20kHz裝置更常用.接頭設(shè)計:第一類即最常用的接頭類型,在被連接外表的垂直方向上利用超聲振動.對接和Z形接合歸入這一類,適用于多數(shù)聚合物.第二類超聲焊接接頭包括與

3、接頭外表平行的振動,形成剪切狀態(tài).各種類型的剪切和嵌接歸入第二類.能量控制囂接點與無定形材料一起使用最正確,圖1所示較大的能量控制囂結(jié)可在一些不密閉的半結(jié)晶材料中應(yīng)用.圖1 無定形和半結(jié)晶聚合物所用的能量導(dǎo)向囂的近似尺寸此圖所示的焊接接頭是對普通能量控制接頭設(shè)計的獨特的改良.下面式件用一個粗糙或有紋理的外表改良.將會提高焊接質(zhì)量,焊接強度和焊接完成的容易程度.其它許多有紋理的接頭外形也是可行.溢料問題可通過把溢料污染槽引入接關(guān)設(shè)計中而降低,為平安,一般溢料槽設(shè)計至少10%的過度體積容量.緊壓接頭:為了使溢料形成的可能性最小,緊壓接頭設(shè)計的目的是阻擋熔體或?qū)⑷垠w保持在熔區(qū)內(nèi).緊壓接頭對半結(jié)晶的塑

4、料材料如尼龍是有用的.因為接關(guān)構(gòu)造更復(fù)雜,緊壓接關(guān)所需的制件配合公差相對嚴格.與三角能量導(dǎo)向囂焊接相比,較大的接頭構(gòu)造也需要附加振幅和焊接能量.典型的緊壓焊接幾何構(gòu)造如圖2所示.圖2 典型的超聲緊壓焊接構(gòu)造制件找平簡單對接沒有任何措施解決制件相互找平或?qū)χ?制件找平更適于用模塑定位銷或雙頭螺完成.而z形接能自動找平,且在使用時耐拉伸且改良了搞剪切負荷性.并能消除外部溢料.圖3 超聲焊接工藝用的典型z開接頭設(shè)計焊接前的z接頭: (b)焊接后的z形接頭:(c)改良的 z形接頭:臺階附帶肩部掩蓋了不平性,結(jié)果使外觀改良槽舌接合不但提供了剪切強度而且提供了拉伸強度.這種接合是自對中的,接合區(qū)域的壁厚必

5、須相對大以適應(yīng)槽舌接合設(shè)計.另外,制件公差要求相對嚴.間隔加強筋改善了接頭找平.圖4 超聲焊接工藝用的典型槽舌接合設(shè)計剪切接頭當焊接半結(jié)晶聚合物或其它難以焊接的聚合物和需要密封接頭號時，一般推薦使用剪切接。需要高強度，高質(zhì)量接碚的環(huán)形和矩形制件都用剪切接頭。剪切接頭號具有搭接制件壁局部，當接頭被焊接和相互依次嵌入時，搭接局部產(chǎn)生公差和局部剪切。為了促進制件找平，接頭包含了調(diào)節(jié)局部。為了集中熔融能量，一邊上的阻礙物的頂角在初始接觸面上降低。因為融化材料的溫度在整個接觸面上保持一致，制件被焊接時，兩外表熔融均勻。深度為的使用*圍內(nèi)的公差值。為了防止在焊接過程中由于公差而產(chǎn)生的外部側(cè)壁翹曲，垂直的制

6、件應(yīng)盡可能淺，但在一邊用剪切制件改良的槽舌接頭可與較深的拉伸制件一起使用，提供中壁接頭，它使由于公差而產(chǎn)生的側(cè)壁翹曲最小。如圖5所示。a焊接前的部件；b焊接后的部件圖5典型的超聲焊接剪切接頭設(shè)計和典型的中壁組裝剪切接頭設(shè)計1-槽舌剪切接頭：有助于阻止部件向內(nèi)彎曲；2-支撐夾具：目的是在焊接過程中阻止下面部件壁向外彎曲；3-上面的部件；4-下面的部件斜坡接合斜坡接合設(shè)計也可為無定形和半結(jié)晶聚合物提供高強度密封接頭。斜坡接合是自固定的且最適合小尺寸的圓形或橢圓形制件。斜坡接合的焊接能量要求很高。圖6 超聲焊執(zhí)著用典型的斜坡接合設(shè)計斜坡接合；改良的斜坡接合附加公差溢料槽；2-夾具斜坡接合具有30-6

7、0的角且應(yīng)該在1內(nèi)裝配。為附加的熔區(qū)材料厚度增加的的公差產(chǎn)生焊縫和溢料。當從功能或?qū)徝郎喜荒艹惺芤缌蠒r，就使用收集器。帶嵌入密封裝置的焊接用嵌入的彈性密封圈或韌性墊圈也可獲得可靠的密封。如圖7所示接頭制件裝有一個彈性環(huán)，以改善用超聲焊接接合可到達的密封平安性，或在連續(xù)的周邊焊接不可能的情況下使用。圖7 超聲焊接制件通常需要密封接頭能量導(dǎo)向器；彈性密封電栓焊超聲焊接設(shè)備也可生產(chǎn)電栓焊和銷套觸點焊接。在不需要密封接頭的應(yīng)用中，銷套接頭可用來連接一樣的塑料材料。圖8 超聲焊接設(shè)備可形成銷孔型剪切接頭1-溢料收集器;2-焊接前;3-焊接后*超聲鉚焊超聲焊接的變異是超聲鉚焊.即把一個熱塑性制件固定在另一

8、個不同材料的制件上的方法.鉚釘或凸臺在底部應(yīng)該有十分大的半徑或圓角,以防裂紋或熔融.為了集中超聲能量，凸臺的頂端應(yīng)該設(shè)計成與焊頭的初始接觸最小。凸臺頂部可以是平的或圓錐形的，半結(jié)晶或填充的聚合物以圓錐形的較佳。超聲鉚焊的完整性取決于鉚釘和焊頭之間的準確容量關(guān)系。圖9 超聲焊接設(shè)備可生產(chǎn)鉚焊或各種構(gòu)造1.6mm的鉚釘；2-尖錐觸發(fā)熔融；3-14.0mm的鉚釘標準鉚焊直徑在這間的平頭鉚釘。剛性和柔性的不耐磨熱塑性塑料推薦使用標準外形。半球形鉚焊直徑小于1.6mm的鉚釘建議用在半球形鉚焊上。對耐磨塑料是適宜的。溢流式鉚焊溢流式鉚焊用在要求外表為平的或隆起的及鎖信制件的厚度被允許使用的應(yīng)用中?？招你T焊

9、直徑大于4mm的凸臺或鉚釘去芯后可生盲孔凸臺。如圖10所示當嚙合制件中不允許有通孔時，超聲焊接設(shè)備也能形成機械互鎖。模制塑料鉚釘與用于鉚焊的類似和在嚙合制件中的盲倒角可形成以公差為根底假設(shè)帶倒角的制件不融化的真正的機械接合。圖10 用超聲焊接形成機械互鎖的例如1-帶軟化和變形鉚釘?shù)臒崴苄圆考?-具有倒角的嚙合部件；3-超聲波焊頭超聲焊接的材料因素超聲焊接操作適合于多數(shù)熱塑性材料。1無定形聚合物，特別是室溫下外于玻璃態(tài)的無定形物，通常是焊接工藝的好的候選材料。玻璃態(tài)無定形聚合物具有良好的透射性能，允許用看近場和遠場焊接技術(shù)成功焊接。當材料較軟時，開定形材料的超聲焊接就成問題。如：焊接高沖擊ps

10、將比焊接通用ps一般需要更多能量和附加振幅。2半結(jié)晶聚合物一般更難用超聲能量焊接.增加由焊接體系發(fā)射的能量值即增加振幅；縮短焊頭/制件接觸面與接頭接口間的距離;使用近場超聲焊接技術(shù);使用振幅高達的焊頭.這些高焊接振幅需要使用鈦焊頭.當需要高強度、密封組裝時，剪切接頭和斜坡接合對半結(jié)晶聚合物都適用。3焊接吸濕性聚合物：模塑后馬上焊接制件在它們?nèi)允强菰飼r；焊接前枯燥制件；焊接前把制件存放在枯燥器內(nèi)。振動焊接振動焊接是摩擦焊接過程，其間被焊接的制件在壓力下磨擦到一起直到生成的磨擦和剪切熱量使頭蚧面到達充分熔融狀態(tài)。一旦熔融膜已經(jīng)形成滲入到足夠深的沓接區(qū)域，相對運動停頓，在壓力作用下焊縫冷卻并固化。振

11、動焊接適用幾乎所有的熱塑笥塑料，往復(fù)運動方向上具有允許的無約束運動焊縫的制件，中型或大型制件。振動焊接的材料因素與超聲焊接類似：無定形材料比半結(jié)晶聚合物更適合采用振動焊接的類似。環(huán)形振動焊接可連接焊區(qū)尺寸與焊區(qū)到旋轉(zhuǎn)軸的距離近似相等的制件。線性振動焊接用在允許一個方向上線性振動的成套制件上。接頭當被連接的整個外表是平的或稍向平面外彎曲時，對制件來說振動焊接工藝是最理想的。圖11 振動焊接用典型接頭設(shè)計(a) 焊接前的標準對接接頭；(b) 焊接后的標準對接接頭；(c) 用溢料收集改良的對接接頭焊接設(shè)備溝槽；2-單平面分型線；3-焊接溢料；4-帶溢料收集器的接合旋轉(zhuǎn)焊接旋轉(zhuǎn)焊接用來連接具有旋轉(zhuǎn)對稱

12、接合外表的制件，它屬磨擦焊接工藝。是連接可大可小的圓柱形熱塑性塑料制件的最有效的工藝。用旋轉(zhuǎn)焊接技術(shù)組裝的制件常常具有與周邊垂直的連接板等特征。它的生要加工變量是相對剪切速率、焊接壓力和焊接時間。旋轉(zhuǎn)焊接的接頭強度取決于材料、接頭設(shè)計和所用的加工條件；多數(shù)熱塑性塑料可到達強的氣密封接焊縫。旋轉(zhuǎn)焊接對透射性能不好的材料特別適宜。圖12 旋轉(zhuǎn)焊接工藝用的典型的根本接頭構(gòu)造1-對接接頭；2-槽舌接合；3-帶收集器的T、G接合4-斜坡接合；5-剪切接合電磁焊接電磁焊接電感焊接是利用能到達熔化溫度的電感能量連接熱塑性制件的方法。也被稱作特種插入焊接，此間磁致旋光聚合插入物被一個高頻電磁場加熱。焊接材料一

13、般是磁致旋光的填充聚合物，它是由和制件材料一樣的聚合物或兼容的聚合物制造的。這種強磁性填充聚合物包括細分散的、微米尺寸的鐵粒子、氧化鐵粒子、不銹鋼粒子或其它磁性物質(zhì)，它們成為電磁能的靶子。按體積計算的強磁性粉的裝填量通常少于15%當施加在制件上的力在焊接接頭處產(chǎn)生剪切時，焊縫最結(jié)實。實際中最常用的接頭是槽舌接頭和Z形接合。感應(yīng)焊接需要使用具有附加本錢的嵌入焊接材料，且很不適合與含有電磁敏感零件的制件如金屬嵌一起使用。圖13 電磁焊接用的典型接頭構(gòu)造平型到槽紋接頭舌狀到槽紋接頭剪切接頭Z形接頭接觸電阻焊接觸電阻焊電導(dǎo)線或條帶被直接放入接頭界面，電線連接在電路中且用電阻損失直接加熱。熱量通過導(dǎo)熱性

14、傳遞給相鄰的塑料材料，因此塑性固體在局部區(qū)域軟化或溶化。斷電后，焊接區(qū)或冷卻，壓力使嚙合制件彼此接觸。設(shè)備要求最低，焊接過程簡單且速度快，特別適合于焊接很大的制件。但需要損失加熱電線，焊接后電線保存在原位，增加了加工本錢，且電線的存在也對成品的焊縫強度有不利影響。熱板焊接熱板焊接對平型制件，它是用電加熱金屬模具使被連接塑料制件外表軟化的熱塑性焊接過程。幾乎適用于所有的或大或小的熱塑性制件。特別適合焊接較軟的半結(jié)晶熱塑性塑料如PE或PP。由于不同的模具外表溫度能名適用于兩種不同的熱塑性材料，此工藝最適于焊接不同的材料。熱板焊接可到達很高的焊接強度。但此工藝的周期可能相對長，小制件需15s，而很大的制件需幾分鐘。熱氣焊接熱氣焊接是廣泛用于連接熱塑性型材和片材生產(chǎn)很大制件的焊接方法。適用于需要局部組裝的較小的注塑成型制件、熱塑性制件的修理及樣模制件的制造。用與被焊接制件一樣的聚合物品牌生產(chǎn)焊條是重要的擠出焊接擠出焊接是由熱氣焊接開展而來的焊接方法。主要較大片型構(gòu)造的自動焊接。粘接黏合劑可用來連接一樣原料聚合物的塑料制件，一般用來邊接由不同材料制造的制件。使熱固性塑料制件相互連接，或使塑料制件與金屬連接。黏合劑的優(yōu)點包括：美觀、設(shè)計靈活；均勻的應(yīng)力分布；能夠連接不同的材料；能夠提供大氣水氣體的嚴密封口；柔軟黏合劑能緩沖振動；能與薄而軟的基材一起使用；提