各式塑料焊接工艺适应不同需要

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，以焊接工艺的效果最佳，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（965mm×455mm）及VWB3700（1320mm×610mm），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，热板焊接是最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。唯一的区别在于：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。 激光焊接 激光焊接适合于将片材薄膜和成型热塑性塑料焊接。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最低限度。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，聚合物激光焊接最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。 信息来源于：佳工机电网