常規塑料焊接工藝

                            2014/11/21 17:08:01點擊:
                            常規塑料焊接工藝

                            一件塑料成品可能由多種材料或部件制成,要將各部件結合起來,可使用機械固定件、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,可根據不同材料、尺寸、用途而使用不同的焊接工藝。
                            機械固定件、粘合劑和焊接工藝均可將兩種工程塑料接合。機械固定件可快速將兩種部件連接,但接縫的防漏功能較差,局部應力也會使聚合物材料之間脫離。
                            粘合劑可提供良好的特性,形成防漏功能優良的接縫,可是,粘合劑處理難度較大,固化速度慢。同時,采用粘合劑粘合時,接縫準備和表面清潔度要求較高。
                            焊接可產生粘合穩固的接縫,其機械特性接近於母體材料。塑料焊接僅限於熱塑性聚合物,原因在於熱塑性材料可通過加熱而軟化。熱固性聚合物在硬化之後,無法通過加熱而軟化。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)機械移動式焊接工藝:超聲焊接、摩擦焊接和振動焊接。
                            B)外部加熱式焊接工藝:熱板焊接、熱氣焊接和植入焊接。


                            超聲波焊接裝置

                            超聲焊接

                            超聲焊接法通過機械高頻振動而形成接縫。待裝配的部件加壓夾持於振蕩焊頭和固定焊頭之間,然後與接觸面呈直角,接受頻率為20~40KHz的超聲振動。交替式高頻應力在接縫介面處產生熱量,從而形成優質的焊接。用於這一工藝的工具十分昂貴,因此,適宜在生產量較大時采用。

                            這焊接法僅適用於焊接長度不超過數厘米的小型部件。應用領域包括在多頭機上焊接醫療器材所用的閥門和篩檢程式、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。當部件壓合在一起時,摩擦熱導致聚合物熔融,冷卻後即形成焊接。主要焊接參數包括:旋轉速度、摩擦壓力、鍛壓壓力、焊接時間和熔化長度。

                            摩擦焊接能產生優良的焊接質量,焊接工藝簡單,重復性強。但也由於其工藝簡單,所以僅適合於至少有一個部件是圓形且不需要角度對齊的應用領域。

                            振動焊接

                             

                             
                            振動焊接設備

                            振動焊接也稱為線性摩擦焊接。兩件熱塑性部件在適當的壓力、頻率和振幅下相互摩擦,直到產生足夠的熱量使聚合 物熔融為止。振動停止後,部件彼此對齊,熔化的聚合物固化後形成焊接。振動焊接類似於旋轉焊接,區別在於運動為直線運動而非旋轉運動。這一焊接法十分快 速,振動頻率一般為100~240Hz,振幅為1毫米~5毫米。

                            此焊接工藝的主要優點在於能高速焊接大型復雜線性部件。其他優點還包括:能同時焊接多個部件,焊接工具簡單,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、發泡部件和沖壓部件,主要用於汽車和家用電器行業。

                            線性換能器可由控制器編程,確保升降臺保持的精準高度、減速點、焊接開始時間及距離。設定快速,利用自動調校功能可自動找出焊接頭的共振頻率。其他標準特色還包括:距離焊接、時間焊接、可編程振幅、多重設定及三級密碼保護。

                            振動焊接尤其適合熱塑性材料,包括無定形樹脂如ABS/PC、PVC、PMMA及PES;半結晶樹脂如HDPE、PA、PP、TPO。 Dukane的焊接機可接合汽車部件,例如進氣歧管、儀表板、尾燈及保險杠等;航空用途如HVAC管、內飾燈及儲存箱;家電則有洗碗機的泵及噴水臂、洗滌 劑的噴灑器及吸塵機外殼。

                            熱板焊接

                            對於塑料接合來說,熱板焊接是最簡單的批量生產技術。高溫熱板夾於待接縫的表面之間,直到軟化為止。此時,將熱板抽出,兩表面在受控壓力之下貼 合,保持一段特定的時間後合在一起。然後,讓熔融表面冷卻,形成焊接。焊接工具或加熱元件配有內置電熱器,以避免塑料粘連於焊接工具上。

                            溫度一般介於180℃~230℃之間,具體根據待焊接材料的厚度和類型而定。這焊接方法常用於焊接供氣、供水、污水、排水塑料管及化工行業所用塑料管的端頭;將加油管和接頭焊接於汽車用吹塑油箱上。

                            多種日常用品都采用這一焊接工藝,例如:吸塵器外殼,洗衣機和洗碗機部件、制動液油箱、後燈、指示燈等汽車部件。熱板焊接法的弊端在於焊接速度較慢。小型件焊接時間一般為10秒~20秒,大型管焊接時間長達30分鐘。

                            熱氣焊接

                            熱氣焊接法與氧炔金屬焊接法相似。唯一的區別在於:氧炔焊所用的明火由熱氣流代替。壓縮空氣、氮氣、氫氣、氧氣或二氧化碳通過焊槍時由電熱盤管加熱。

                            熱氣焊接法是一種熱塑性材料的組裝制作工藝。這一焊接法源於20世紀中期,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熔融後形成焊縫。為確保有效焊接,必須在焊條上施加適當的溫度和壓力,還應確保合適的焊接速度和焊槍位置。

                            主要用途包括化學品存儲容器、通風管道和汽車保險杠等注塑件維修等。氮氣用於氧氣敏感的材料,如聚乙烯;氧氣則形成更高的焊接強度。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點在於能焊接大型、復雜的部件,但是焊接速度慢,焊接質量完全依賴於焊工的技能。

                            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,然後通過感應或電阻方式加熱。采用電阻焊接時,要求沿接縫放置電線將電流傳導到植入件中;采 用感應焊接時則不需要這種方式。熱塑性塑料沿植入件周圍熔融,圍繞其周邊流動形成焊縫。植入焊接法已用於焊接大型部件等的復雜接縫,包括汽車保險杠、電動 汽車和游艇船殼。

                            激光焊接

                            激光焊接適合於將片材薄膜和成型熱塑性塑料焊接。焊接時,激光光束將塑料熔融於接縫區。激光機發出強烈的輻射光束(通常位於電磁光譜的紅外線區),集中於待接縫的材料表面。這樣,就在分子中產生了共振頻率,令周邊材料溫度升高。

                            激光焊接是一種大批量生產工藝,其優點在於不產生振動,可將弧光灼傷降低到最低限度。其他優勢包括:光束強度可控,可盡量避免部件變形或受損;激 光光束集中,便於接縫準確成型;這種工藝屬非接觸式工藝,既清潔又衛生。激光焊接適用於單次焊接及連續焊接,不過,待焊接材料必須夾緊。焊接速度根據聚合 物吸收率而定。

                            激光焊接是一種可行的解決方案,能代替傳統型焊接方法。近年來,激光焊接技術甚至可焊接透明材料。隨著噴墨和桌面噴灑系統等生產工藝的進步,激光焊接已成為小批量生產和大批量生產領域的備選方案。

                            在激光焊接過程中,部件會吸收電磁能,將其轉化成熱能,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。以前,聚合物激 光焊接最常用的方法是在整個底部基材上噴灑碳黑。碳黑能吸收靠近介面的光,生成足夠的熱量以形成焊縫。遺憾的是,這一方法會影響塑料的透明性。

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