管材管件

淺談塑料焊接技術

2019-01-24

摘要: 塑料焊接技術應用廣泛,本文簡要介紹塑料的焊接相容性、影響塑料焊接質量的因素和熱板焊、熱風焊、超聲波焊等較為常用的焊接技術。

關鍵詞: 塑料焊接、熱板焊接、 超聲波焊接、高頻焊接

隨著工業生產的迅速發展,塑料以其 重量輕、比強度高、耐腐蝕、易加工等優點廣泛用于國民經濟和人民生活的各個領域。但是,由于加工工藝等方面的原因,很多結構復雜的產品不能一次加工成型,需要把多個零部件無縫連接到一起,大體有兩種方法:粘接和焊接。一般來將,粘接工藝生產效率低并且膠粘劑都有一定的毒性,容易引起環境污染和危害生產人員健康的不良后果。所以,塑料焊接工藝得到了越來越廣泛的應用。


在實際生產過程中,并不是所有的塑料材料都可以進行焊接, 能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料, 只有分子結構相同或相近的熱塑性塑料才能進行焊接,在焊接面上是分子間的化學結合,所以母體材料越相近,焊接效果越好。下圖是一些常見塑料焊接相容性的比較。


我們還需要考慮 到 影響焊接質量的因素才能得到較好的焊接效果。在進行焊接時,壓力、時間、吸熱量(熔融量)是確保焊接質量的三要素。


1. 壓力


對焊接表面施加適當的壓力,焊接材料將由彈性向塑性過渡,還可以促進了分子相互擴散并擠去焊縫中的殘余空氣,從而增加焊接面密封性能。


2. 時間


要有適當的熱熔時間和足夠的冷卻時間。當熱功率一定時,時間不夠會出現虛焊,時間過長會造成焊件變形,熔渣溢出,有時還會在非焊接部位出現熱斑(變色)。必須保證焊接面吸收足夠的熱量達到充分熔融的狀態,才能保證分子間充分擴散融合,同時必須保證足夠的冷卻時間使焊縫達到足夠的強度。


3. 熔融量


熱熔時間和熱功率協調調整才會的到最恰當的熔融量,保證足夠的分子間融合,消除虛焊的現象。除了焊接設備和操作人員技能水平外,來之于塑料內部或外部的各種因素,對焊接質量有一定的影,應當引起重視。


? 塑料的吸濕性


如果焊接潮濕的塑料制品,內含的水分會在受熱后化為蒸汽跑出而在焊面上出現氣泡,使焊接面密封性能減弱。吸濕較為嚴重的材料有 PA 、 ABS 、 PMMA 等。用這些材料做的制品,焊前必須進行干燥處理。


? 塑料中的填充物


如玻璃纖維、滑石粉、云母等,它們改變了材料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接質量有很大的關系。填充物含量低于 20% 的的塑料可以正常進行焊接,不需要進行特殊的處理。填充物含量超過 30% 時,由于表面塑料比例不足,分子間融合的不夠,會降低密封性。


? 焊接面的清潔


焊接表面必須清潔沒有雜質,才能保證足夠的焊接強度和氣密性。


在選取正確的可焊接的材料和排除了影響焊接效果的不利因素外,還要根據材料種類和制品形狀、成本的的高低采取適當的焊接方法。按所采用的加熱軟化方式的不同, 塑料 焊接方法可分為通過外加熱源軟化、通過機械運動方式軟化、種和通過電磁作用軟化幾種。

通過外加熱源方式軟化的焊接技術有以下幾種:

? 熱板焊接


可能是最簡單的塑料焊接技術,但這種方式特別適合于需要大面積焊接面的大型塑料件的焊接, 一般是用平面電熱板將需焊接的兩平面熔融軟化后迅速移去電熱板合并兩平面并加力至冷卻。 這種方法焊接裝置簡單,焊接強度高, 制品、焊接部的形狀設計相對來說比較容易。但 由熱板產生的熱量使制品軟化,周期較長;熔融的樹脂會粘附到電熱板上且不易清理(電熱板表面涂 F4 可減輕這種現象),時間長了形成雜質影響粘接強度;需嚴格控制壓力和時間保證適當的熔融量;當不同種類的樹脂或金屬與樹脂相接合時,會出現強度不足的現象。


? 熱風焊接


當熱風氣流直接吹向接縫區時,導致接縫區和與母材同材質的填充焊絲熔化。通過填充材料與被焊塑料熔化在一起而形成焊縫。這種焊接方法焊接設備輕巧容易攜帶,但對操作者的焊接技能要求比較高。


? 熱棒和脈沖焊接


這兩項技術主要用在連接厚度較小的塑料薄膜的焊接。并且這兩種方法相似,都是將兩片薄膜緊壓在一起,利用熱棒或鎳鉻絲產生的瞬間熱量完成焊接。

通過機械運動方式軟化完成焊接的方法有:


? 按運動軌道可分為直線型和旋轉型


直線型可用于直線焊縫的焊接和平面焊接的焊接,旋轉型可用于圓形焊縫的焊接。在利用壓力下的兩部分在摩擦過程中產生的摩擦熱量使接觸部分的塑料熔融軟化,對正固定直到凝結牢固。


? 超聲波焊接


超聲波焊接就是使用高頻機械能軟化或熔化接縫處的熱塑性塑料。被連接部分在壓力作用下固定在一起,然后再經過頻率通常為 20 或 40 千赫的超聲波振動, 換能器把大功率振動信號,轉換為相應的機械能,施加于所需焊接的塑料件的接觸界面,焊件接合處劇烈摩擦瞬間產生高熱量,從而使分子交替熔合,從而達到焊接效果。


超聲波焊接過程很快,焊接時間不到一秒,并且很容易實現自動化,在 電子、電器、汽車零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工藝品、化妝品等各個行業 廣泛應用。


運動方式焊接是一種全自動焊接過程,都需要專用焊接設備。一旦確定了正確的焊接參數,操作工即可穩定生產。其優點是:快速、靈活、焊接過程穩定且不需焊劑或保護氣體,也不產生有害氣體或熔渣,產品焊接質量有保證。

通過電磁作用軟化表面的焊接方法有:


? 高頻焊接


高頻焊接 是利用電磁感應原理高頻感應加熱技術,穿透塑料制品對埋藏于塑料件內部的感應體或磁性塑料產生感應加熱, 被焊塑料在快速交變電場中可以產生熱量而 使需焊接部位迅速軟化熔融,繼而填充接口間隙,并以完善的機械裝置輔助達到完美焊接。 產生高頻感應的最為常用的方法是,利用高頻電流通過線圈, 從而得到一個強大的高頻磁場。感應體(即發熱體)一般為鐵、鋁、不銹鋼等材料, 但也使用通過添加磁性物質加工而成的磁性復合塑料。 通過這種方法焊接制作的產品包括文具夾,可充氣物品,防水衣和血袋等等。


? 紅外線焊接


這項技術類似于電熱板焊接,將需要焊接接的兩部分固定在貼近電熱板的地方但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下,連接部分被熔融,然后移去熱源,將兩部分對接,壓在一起完成焊接。這種方式不產生焊渣、無污染,焊接強度大, 主要用于 PVDF 、 PP 等精度要求很高的管路系統的連接。


? 激光焊接


20 世紀 70 年代,激光開始被應用到塑料焊接上。它的原理是將激光器產生的光束( 通常存在于電磁光譜紅外線區的集束強輻射波) 通過反射鏡、透鏡或光纖組成的光路系統,聚焦于待焊接區域,形成熱作用區,在熱作用區中的塑料被軟化熔融,在隨后的凝固過程中,已融化的材料形成接頭,待焊接的部件即被連接起來,通常用于 PMMA 、 PC 、 ABS 、 LDPE 、 HDPE 、 PVC 、 PA6 、 PA66 、 PS 等透光性好的材料,在熱作用區添加碳黑等吸收劑增強吸熱效果。塑料激光焊接的優點較多:焊接速度快、精度高;自動化、精密數控容易實現;成本相對較低。因此,塑料激光焊接技術在汽車、醫療器械、包裝等領域得到了比較廣泛的應用。

除了塑料和塑料之間的焊接, 由于汽車工業和其它工業輕體結構和經濟效益的需要, 有些產品還需要 塑料與金屬的混合 連接, 塑料熱鉚接技術應運而生。這種熱鉚技術工藝簡單,容易實現,安全可靠,使塑料和金屬部件以最佳承擔載荷的方式結合,產品質量減小,經濟性提高。在采用鉚焊法時,可以通過把一個整體模制預留的塑料軸銷(鉚樁)加熱軟化再經冷模頭沖壓變形后將部件鎖在一起(形成鉚釘帽,“熱樁”),因而更為方便、經濟。

隨著工業生產的需要,塑料焊接技術會得到更加廣泛的應用,也會有技術更為先進、使用更為方便的焊接技術出現。


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