塑料焊接的8大工藝
根據(jù)塑料化學(xué)成分、性態(tài)及溫度作用，其通常分為兩大類(lèi)：熱塑性塑料和熱固性塑料，塑料的焊接其實(shí)就是指熱塑性塑料的焊接。隨著綠色環(huán)保理念在全球工業(yè)生產(chǎn)中的貫徹，國(guó)內(nèi)“國(guó)五”正式轉(zhuǎn)入“國(guó)六”以及生產(chǎn)成本控制方面的考慮，塑料作為一種性能優(yōu)異的可再生非金屬材料，被日益廣泛地應(yīng)用在各行業(yè)的零部件設(shè)計(jì)、制造上，傳統(tǒng)的金屬部件越來(lái)越多地被擁有同樣工作性能的塑料部件替代，尤其是在汽車(chē)輕量化解決方案上，塑料的應(yīng)用是設(shè)計(jì)師們所需要考量的，同時(shí)對(duì)塑料零件之間的焊接連接技術(shù)和焊接質(zhì)量也提出了更高的要求，對(duì)于塑料的焊接主要有很多工藝方法，本文就這幾種方法做個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
一、塑料焊接步驟
熱塑性塑料的焊接通常分五步進(jìn)行：
①表面制備，表面制備非常重要，因?yàn)榇蟛糠帜撼尚蔚乃芰现破菲浔砻婢幸粚用撃┗蛭畚铮仨毲謇砀蓛?，才能使焊接順利進(jìn)行。
②加熱，有多種加熱方法，也是區(qū)分不同焊接方法的主要依據(jù)。
③加壓，施加壓力的方式有：手工加壓、壓力機(jī)加壓、自動(dòng)夾具加壓等。焊接時(shí)通常同時(shí)進(jìn)行壓花。
④擴(kuò)散或焊接，液體與液體界面經(jīng)建立，擴(kuò)散就立即進(jìn)；對(duì)于結(jié)晶或半結(jié)晶材料擴(kuò)散幾乎是瞬時(shí)完成的；對(duì)于非結(jié)晶材料，如果加熱溫度是稍高于熔點(diǎn)，則擴(kuò)散時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。
⑤冷卻，塑料焊接最后一步是焊件冷卻和接頭凝固。在塑料焊接接頭沒(méi)有達(dá)到足夠支撐整個(gè)焊件的強(qiáng)度和剛度之前，必須一直維持焊接壓力。
二、塑料焊接方法
1、熱氣焊
熱氣焊是利用焊槍噴出的熱空氣或氮?dú)鈱?duì)塑料焊件和塑料焊條進(jìn)行加熱，使焊條填充到連接部位后加熱連接表面，冷卻后形成接頭。熱氣焊在各種塑料焊接方法中，歷史最長(zhǎng)，應(yīng)用最廣，是“萬(wàn)能焊”。
焊接速度比較慢，需要焊槍、焊嘴、氣源、填充焊條。其中焊條的截面形狀有多種多樣，常見(jiàn)是形狀有圓形、矩形、繩形、D形、B形等，直徑2~8mm。
熱氣焊有熱氣擺動(dòng)焊、熱氣嵌入焊、熱氣搭接焊、熱氣擠塑焊。熱氣焊通常溫度為200~400℃，流速15~70L/min。典型塑料品種熱氣焊的溫度范圍：PVC 210± ；PP 220±20；PMMA 250±10；PC 330±10；POM 230±10。具體準(zhǔn)確溫度要試焊測(cè)試后最終確定。
2、熱工具焊
①熱工具焊是利用高溫表加熱連接面，使之充分軟化，施加適當(dāng)壓力并夾緊，冷卻后實(shí)現(xiàn)致密連接。
②適用于熱塑性材料，既可焊接塑料薄膜也可以焊接塑料厚板，連接速度快，一般在410s之間，接頭強(qiáng)度高。接頭附近可能存存應(yīng)力。
③主要焊接型材等塑料件，需要具有一定面積的加熱工具，如電烙鐵、接有加熱元件及控制的鋼板、鋼管，需要適當(dāng)夾具。
3、電阻植入焊
①將導(dǎo)電的電阻材料放入焊接界面中，施加焊接壓力并對(duì)電阻材料通過(guò)電流，將焊接界面上的塑料熔化，熔化的塑料相互潤(rùn)濕混臺(tái)擴(kuò)散，消除原來(lái)的宏觀焊接界面形成焊縫，同時(shí)電陽(yáng)材料被保存在最終的焊縫中。
②電阻植入焊的設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作。需要一定功率的加熱電源和植入電阻材料。
③焊接接頭殘留電阻絲與塑料不相熔的材料，降低焊縫強(qiáng)度及耐腐蝕性。
4、超聲波焊
①超聲波焊是超聲波通過(guò)被連接件，壓接觸表面發(fā)生相互摩擦，產(chǎn)生的熱量將工件表面熔化。實(shí)現(xiàn)連接。
②適于熱塑性材料，接頭強(qiáng)度高，焊接速度快、自動(dòng)化掛度高、焊縫美觀。
③焊件尺寸及形狀受到限制，應(yīng)用面較窄，需要超聲波焊接沒(méi)備和相應(yīng)夾具。
5、感應(yīng)加熱焊
①感應(yīng)加熱焊是利用電磁場(chǎng)對(duì)金屬插入件進(jìn)行加熱，插入件附近的塑料被加熱軟化，冷卻后形成接頭。
②加熱速度快母材受的影響較小。
③接頭中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，耐蝕性變差，需要使用高頻發(fā)生器、加熱線圈、金屬插入件等。
④交變電磁場(chǎng)頻率一般為3~10MHz。
6、摩擦焊
摩擦焊是利用連接表面相互摩擦生成的熱量而實(shí)現(xiàn)連接的方法，摩擦焊包括三類(lèi)：旋轉(zhuǎn)摩擦焊、線性振動(dòng)摩擦焊和攪拌摩擦焊。
①旋轉(zhuǎn)摩擦焊，被連接件以很高的速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在軸向施加一定的壓兩個(gè)連接表面相互摩擦，停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，被連接件冷卻并形成焊縫。適合于連接硬塑性塑料，連接速很快，被連接件應(yīng)接近圓柱形，需旋轉(zhuǎn)裝置才能施焊。
②線性振動(dòng)焊摩擦焊，又稱(chēng)振動(dòng)焊，采用0.5~5MPa的焊接壓力將塔接好的焊件壓緊，然后一側(cè)的焊件在夾具的帶動(dòng)下以1mm左右的振幅，100~500Hz左右的頻率，在平行于焊接界面的方向振動(dòng)，焊接界面在摩擦和粘性切應(yīng)力的作用下溫度逐漸升高到塑料的熔點(diǎn)以上，熔融的塑料被擠出，振動(dòng)停止，熔融的焊縫在壓力下凝固?？梢院附映暡ê鸽y以焊接的大型塑料焊件；被焊件形狀受到限制；需要專(zhuān)用振動(dòng)焊接設(shè)備。
③攪拌摩擦焊，是利用軸待摩擦產(chǎn)生的熱量使焊縫塑料進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài)，并利用攪拌針攪拌焊縫進(jìn)入塑性狀態(tài)的材料，消除原來(lái)焊接界面并形成焊縫的焊接方法。只能用于熱塑性塑料的焊摟，主要適用于大型厚板，接變形量小，設(shè)備原理簡(jiǎn)單，可靠性相對(duì)較高，適于批量生產(chǎn)以及焊接精度和外觀質(zhì)量相對(duì)較低場(chǎng)合。需要專(zhuān)用設(shè)備及復(fù)雜的工裝夾具。
7、溶劑焊
①溶劑焊是用溶劑軟化非結(jié)晶型的熱塑性塑料，當(dāng)溶劑完全耗盡、蒸發(fā)時(shí)完成連接；它是通過(guò)被焊塑料的溶解而實(shí)現(xiàn)連接。
②接頭中含有一定量的母材成分時(shí)強(qiáng)度較高，溶劑應(yīng)填滿連接區(qū)域的空隙。這種方法不能用于PE、PP、氟塑料等。
③接頭強(qiáng)度可以達(dá)到母材的強(qiáng)度，所需焊接設(shè)備簡(jiǎn)易，操作十分簡(jiǎn)單，成本低。
④焊接速度慢，需較長(zhǎng)時(shí)間蒸發(fā)，有些溶劑有毒性，對(duì)人體有害，注意防護(hù)。
⑤所用工具主要有：注射針、擦試工具、浸泡用容器等；夾持工具、干燥裝置；溶劑回收裝置等。
8、激光焊
最常用的激光焊接形式被稱(chēng)為激光透射焊接，首先將兩個(gè)待焊接塑料零部件加壓力夾在一起，然后將一束短波紅外區(qū)的激光定向到待粘結(jié)的部位。激光束通過(guò)上層透光材料，然后被下層材料吸收，激光能量被吸收后轉(zhuǎn)換為熱能，由于兩層材料被壓在一起。熱能從吸收層傳導(dǎo)到透光層上，使得兩層材料熔化并結(jié)合。
①激光焊接是利用材料在原子水平上將激光的光子能轉(zhuǎn)化為熱能的原理進(jìn)行焊接的方法。激光光子能被塑科中大量的碳原子亞接吸收，塑料從表面開(kāi)始熔化然后加壓冷卻形成焊縫。
②其焊接速度快，焊接裝置與塑料不接觸，可焊接難以接近的部位。
③最近幾年隨著國(guó)內(nèi)激光設(shè)備企業(yè)的崛起以及設(shè)備價(jià)格的逐步緩和應(yīng)用較為廣泛。
④常用激光功率一般為50W/mm²，常用激光器：CO2激光器；YAG激光器；二極管激光器；2μ激光器。
三、塑料焊接的應(yīng)用
塑料焊接應(yīng)用廣泛，尤其是激光焊接工藝，激光焊接過(guò)程樹(shù)脂降解少，產(chǎn)生碎屑少，焊接過(guò)程非接觸，不會(huì)產(chǎn)生污染，激光焊接相比其它連接方式所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力小，因此特別適合于鼠標(biāo)、移動(dòng)電話、連接器件等加工精密的電子元器件，以及需要以更清潔的方式來(lái)熔接的復(fù)雜部件。下面是超聲波焊接應(yīng)用和激光焊接應(yīng)用的圖片，收集的不是很全面，大家有相關(guān)案例圖片的歡迎進(jìn)群分享。
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