熱塑性塑料的焊接專題講座

通常認為熱塑性焊接是不可逆的.少數(shù)工藝如感應焊接可生產(chǎn)可逆組裝件.至于選擇哪種方法應在制件沒計初作出,因為焊接方法對制件設計的要求可能是重要的,且不同焊接方法同差別顯蓍.

1. 超聲焊接
2. 振動焊接
3. 旋轉(zhuǎn)焊接
4. 熱板焊接
5. 感應焊接
6. 接觸(電阻)焊
7. 熱氣焊接
8. 擠出焊接
熱氣焊接技術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修復的,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)振動能量使表面和分子摩擦產(chǎn)生焊接相連墊塑性制件所需的熱量.(正弦超聲振動)
超聲焊接在20-50kHz的頻率范圍內(nèi)發(fā)生,其一般振幅范圍為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0.5-1.5s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.
接頭設計:第一類即最常用的接頭類型,在被連接表面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接頭表面平行的振動,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佳,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)晶材料中應用.
此圖所示的焊接接頭是對普通能量控制接頭設計的獨特的改進.下面式件用一個粗糙或有紋理的表面改進.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設計中而降低,為安全,一般溢料槽設計至少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)晶的塑料材料如尼龍是有用的.因為接關結(jié)構(gòu)更復雜,緊壓接關所需的制件配合公差相對嚴格.與三角能量導向囂焊接相比,較大的接頭結(jié)構(gòu)也需要附加振幅和焊接能量.
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進了搞剪切負荷性.并能消除外部溢料.
＊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)域的壁厚必須相對大以適應槽舌接合設計.另外,制件公差要求相對嚴.間隔加強筋改善了接頭找平.
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部分，當接頭被焊接和相互依次嵌入時，搭接部分產(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)部分。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，兩表面熔融均勻。深度為1.0-2.0mm的使用0.13-0.5mm范圍內(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，垂直的制件應盡可能淺，但在一邊用剪切制件改進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。
斜坡接合具有30°-60°的角且應該在±1°內(nèi)裝配。為附加的熔區(qū)材料厚度增加的0.10-0.25mm的公差產(chǎn)生焊縫和溢料。當從功能或?qū)徝郎喜荒芙邮芤缌蠒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達到的密封安全性，或在連續(xù)的周邊焊接不可能的情況下使用。
*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個不同材料的制件上的方法.鉚釘或凸臺在底部應該 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，凸臺的頂端應該設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精確容量關系。
＊標準鉚焊 直徑在1.6-4.0mm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。對耐磨塑料是合適的。
＊溢流式鉚焊 溢流式鉚焊用在要求表面為平的或隆起的及鎖信制件的厚度被允許使用的應用中。
＊空心鉚焊 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基礎（假設帶倒角的制件不融化）的真正的機械接合。
＊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;使用振幅高達0.05-0.15mm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)允歉稍飼r）；焊接前干燥制件；焊接前把制件存放在干燥器內(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達到充分熔融狀態(tài)。一旦熔融膜已經(jīng)形成滲入到足夠深的沓接區(qū)域，相對運動停止，在壓力作用下焊縫冷卻并固化。
振動焊接適用幾乎所有的熱塑笥塑料，往復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 當被連接的整個表面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。
旋轉(zhuǎn)焊接
旋轉(zhuǎn)焊接用來連接具有旋轉(zhuǎn)對稱接合表面的制件，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、接頭設計和所用的加工條件；多數(shù)熱塑性塑料可達到強的氣密封接焊縫。旋轉(zhuǎn)焊接對透射性能不好的材料特別合適。
電磁焊接
電磁焊接（電感附櫻┦搶媚艽锏餃芻露鵲牡綹心芰苛尤人芐災萍姆椒āＲ脖懷譜魈刂植迦牒附櫻思浯胖灤餼酆喜迦胛銼灰桓齦咂檔绱懦〖尤取?br>焊接材料一般是磁致旋光的填充聚合物，它是由和制件材料相同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。感應焊接需要使 用具有附加成本的嵌入焊接材料，且很不適合與含有電磁敏感零件的制件
接觸（電阻）焊
接觸電阻焊 電導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。熱量通過導熱性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，焊接后電線保留在原位，增加了加工成本，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表面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。由于不同的模具表面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。熱板焊接可達到很高的焊接強度。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。用與被焊接制件相同的聚合物品牌生產(chǎn)焊條是重要的
擠出焊接
擠出焊接是由熱氣焊接發(fā)展而來的焊接方法。主要較大片型結(jié)構(gòu)的自動焊接。
粘接
黏合劑可用來連接相同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、設計靈活；
均勻的應力分布；
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；
提供電絕緣和熱絕緣性。
黏合劑的各種局限性：
接頭性能不定性；
永久組裝；
綜合化學過程；
需要干凈表面；
沒有接頭檢測；
達到最大強度的時間。
黏合劑選擇
特定應用的黏合劑的選擇取決的因素包括：使用環(huán)境、應力值、基材表面化學、基材剛性特性、基材熱膨脹系數(shù)、填縫要求和應用方法。
溶劑粘接
溶劑粘接是可以組裝某些熱塑性制件的方法，最常用于無定形熱塑性塑料制件上。溶劑粘接是形成堅固的無定形熱塑性制件密封組裝的簡單的、相對便宜的方法。溶劑的低黏度要求被粘接制件應該是不彎曲的且用相對緊的公差模制。