什么是塑料焊接技术常用塑料焊接技术介绍

  一件塑料成品可能由多种材料或部件制成,要将各部件结合起来,可使用机械固定件、粘合剂及焊接工艺加工。三种接合方式中,以焊接工艺的效果佳,而且焊接形式多样,可根据不同材料、尺寸、用途而使用不同的焊接工艺。

  机械固定件、粘合剂和焊接工艺均可将两种工程塑料接合。机械固定件可快速将两种部件连接,但接缝的防漏功能较差,局部应力也会使聚合物材料之间脱离。

  粘合剂可提供良好的特性,形成防漏功能优良的接缝,可是,粘合剂处理难度较大,固化速度慢。同时,采用粘合剂粘合时,接缝准备和表面清洁度要求较高。

  焊接可产生粘合稳固的接缝,其机械特性接近于母体材料。塑料焊接仅限于热塑性聚合物,原因在于热塑性材料可通过加热而软化。热固性聚合物在硬化之后,无法通过加热而软化。与金属相比,热塑性聚合物焊接所需的热量较少。

  塑料焊接工艺可分为两类:

  A)机械移动式焊接工艺:超声焊接、摩擦焊接和振动焊接。

  B)外部加热式焊接工艺:热板焊接、热气焊接和植入焊接。

  超声波焊接

  超声焊接法通过机械高频振动而形成接缝。待装配的部件加压夹持于振荡焊头和固定焊头之间,然后与接触面呈直角,接受频率为20~40KHz的超声振动。交替式高频应力在接缝界面处产生热量,从而形成优质的焊接。用于这一工艺的工具十分昂贵,因此,适宜在生产量较大时采用。

  此焊接法仅适用于焊接长度不超过数厘米的小型部件。应用领域包括在多头机上焊接医疗器材所用的阀门和筛检程序、盒体、汽车部件、吸尘器外壳等。

  摩擦焊接

  热塑性塑料摩擦焊接(也称为旋转焊接)与金属焊接的原理相同。在这种焊接工艺中,将一片基材固定,另一片基材以受控的角速度旋转。当部件压合在一起时,摩擦热导致聚合物熔融,冷却后即形成焊接。主要焊接参数包括:旋转速度、摩擦压力、锻压压力、焊接时间和熔化长度。

  摩擦焊接能产生优良的焊接质量,焊接工艺简单,重复性强。但也由于其工艺简单,所以仅适合于至少有一个部件是圆形且不需要角度对齐的应用领域。

  振动焊接

  振动焊接也称为线性摩擦焊接。两件热塑性部件在适当的压力、频率和振幅下相互摩擦,直到产生足够的热量使聚合物熔融为止。振动停止后,部件彼此对齐,熔化的聚合物固化后形成焊接。振动焊接类似于旋转焊接,区别在于运动为直线运动而非旋转运动。这一焊接法十分快速,振动频率一般为100~240Hz,振幅为1毫米~5毫米。

  此焊接工艺的主要优点在于能高速焊接大型复杂线性部件。其它优点还包括:能同时焊接多个部件,焊接工具简单,几乎能焊接所有热塑性材料包括注塑部件、挤塑部件、吹塑部件、热成型部件、发泡部件和冲压部件,主要用于汽车和家用电器行业。

  Dukane推出的两款振动焊接设备VWB3500(965mm455mm)及VWB3700(1320mm610mm),适用于焊接以玻璃充填及高效性塑料制成的汽车、家电及医疗设备部件。电磁振动头特别耐用,由于没有支承面,因此无须润滑。焊接头经过优化设计,可容纳高频的重型工具,所以焊接时间较短。

  线性换能器可由控制器编程,确保升降台保持的精准高度、减速点、焊接开始时间及距离。设定快速,利用自动调校功能可自动找出焊接头的共振频率。其它标准特色还包括:距离焊接、时间焊接、可编程振幅、多重设定及三级密码保护。

  振动焊接尤其适合热塑性材料,包括无定形树脂如ABS/PC、PVC、PMMA及PES;半结晶树脂如HDPE、PA、PP、TPO。Dukane的焊接机可接合汽车部件,例如进气歧管、仪表板、尾灯及保险杠等;航空用途如HVAC管、内饰灯及储存箱;家电则有洗碗机的泵及喷水臂、洗涤剂的喷洒器及吸尘机外壳。

  热板焊接

  对于塑料接合来说,热板焊接是简单的批量生产技术。高温热板夹于待接缝的表面之间,直到软化为止。此时,将热板抽出,两表面在受控压力之下贴合,保持一段特定的时间后合在一起。然后,让熔融表面冷却,形成焊接。焊接工具或加热组件配有内置电热器,以避免塑料粘连于焊接工具上。

  温度一般介于180℃~230℃之间,具体根据待焊接材料的厚度和类型而定。这种焊接方法常用于焊接供气、供水、污水、排水塑料管及化工行业所用塑料管的端头;将加油管和接头焊接于汽车用吹塑油箱上。

  多种日常用品都采用这一焊接工艺,例如:吸尘器外壳,洗衣机和洗碗机部件、制动液油箱、后灯、指示灯等汽车部件。热板焊接法的弊端在于焊接速度较慢。小型件焊接时间一般为10秒~20秒,大型管焊接时间长达30分钟。

  热气焊接

  热气焊接法与氧炔金属焊接法相似。的区别在于:氧炔焊所用的明火由热气流代替。压缩空气、氮气、氢气、氧气或二氧化碳通过焊枪时由电热盘管加热。

  热气焊接法是一种热塑性材料的组装制作工艺。这一焊接法源于20世纪中期,利用加热的气流(通常为空气)将热塑性塑料基材和热塑性塑料焊条加热和熔化。基材和焊条熔融后形成焊缝。为确保有效焊接,必须在焊条上施加适当的温度和压力,还应确保合适的焊接速度和焊枪位置。

  主要用途包括化学品存储容器、通风管道和汽车保险杠等注塑件维修等。氮气用于氧气敏感的材料,如聚乙烯;氧气则形成更高的焊接强度。压缩空气能确保较好的效果,成本低廉,因此,在热气焊接中广泛常用。

  可焊接的塑料包括PVC、聚乙烯、聚碳酸酯和尼龙。这一焊接方法的主要优点在于能焊接大型、复杂的部件,但是焊接速度慢,焊接质量完全依赖于焊工的技能。

  植入焊接

  在植入焊接中,首先将金属嵌件夹在待接缝的部件之间,然后通过感应或电阻方式加热。采用电阻焊接时,要求沿接缝放置电线将电流传导到植入件中;采用感应焊接时则不需要这种方式。热塑性塑料沿植入件周围熔融,围绕其周边流动形成焊缝。植入焊接法已用于焊接大型部件等的复杂接缝,包括汽车保险杠、电动汽车和游艇船壳。

  焊接时,激光光束将塑料熔融于接缝区。激光机发出强烈的辐射光束(通常位于电磁光谱的红外线区),集中于待接缝的材料表面。这样,就在分子中产生了共振频率,令周边材料温度升高。

  激光焊接是一种大批量生产工艺,其优点在于不产生振动,可将弧光灼伤降低到低限度。其它优势包括:光束强度可控,可尽量避免部件变形或受损;激光光束集中,便于接缝准确成型;这种工艺属非接触式工艺,既清洁又卫生。激光焊接适用于单次焊接及连续焊接,不过,待焊接材料必须夹紧。焊接速度根据聚合物吸收率而定。

  激光焊接是一种可行的解决方案,能代替传统型焊接方法。近年来,激光焊接技术甚至可焊接透明材料。随着喷墨和桌面喷洒系统等生产工艺的进步,激光焊接已成为小批量生产和大批量生产领域的备选方案。

  在激光焊接过程中,部件会吸收电磁能,将其转化成热能,但塑料并不吸收近红外线(NIR)光,因此,NIR一般从塑料中直接通过。以前,聚合物激光焊接常用的方法是在整个底部基材上喷洒碳黑。碳黑能吸收靠近界面的光,生成足够的热量以形成焊缝。遗憾的是,这一方法会影响塑料的透明性。

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