《热塑性塑料的焊接 by BJ.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热塑性塑料的焊接 by BJ.doc（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本文由jbsm777贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 1/10 热塑性塑胶的焊接 通常认为热塑性焊接是不可逆的.少数工艺如感应焊接可生产可逆组装件. 至於选择哪种方法应在制件没计初作出,因为焊接方法对制件设计的要求可能是 重要的,且不同焊接方法同差别显蓍. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 超声焊接 振动焊接 旋转焊接 热板焊接 感应焊接 接触(电阻)焊 热气焊接 挤出焊接 8. 热气焊接技术通常用来焊接塑胶管,片或半成品制品而不是注塑成型制件. 但许多热塑性模塑制件,特别是热塑性汽车盘是用热气焊接技术修复的,另外热 气焊接有
2、时用来制备塑胶样模制件. 超声焊接 焊接热塑性制件的最普通的方法是超声焊接.这种方法是采用低振幅,高频 率(超声)振动能量使表面和分子摩擦产生焊接相连垫塑性制件所需的热量.(正 弦超声振动) 超声焊接在 20-50kHz 的频率范围内发生,其一般振幅范围为 15-60um.在低 达 15kHz(较高振幅)的声频有时用於较大制件或较软材料.焊接过程通常在 0.5-1.5s 内发生.焊接工艺娈量包括焊接时间,焊头位置和焊接压力.超声焊接 设备通常用来焊接中,小尺寸的热塑性塑胶制件,而很大的制件可用多点焊接. 超声焊接方法可根据焊接时间或焊缝位置(塌陷距离)或焊接能量控制.也对 焊接压力和冷却时间提
3、供附加控制. 超声焊接设备一般不是在 20kHz 就是在 40kHz 频率下运行.20kHz 装置更常 用. 接头设计:第一类即最常用的接头类型,在被连接表面的垂直方向上利用超 声振动.对接和 Z 形接合归入这一类,适用於多数聚合物.第二类超声焊接接头包 括与接头表面平行的振动,形成剪切状态.各种类型的剪切和嵌接归入第二类. 能量控制嚣接点与无定形材料一起使用最佳,图 1 所示较大的能量控制嚣结 可在一些不密闭的半结晶材料中应用. 转载:BJ 2/10 对接接头 不良的对接接头设计 焊接时间过长 焊接能量过大 挤出焊体导致外观缺陷 带有能量导向嚣的 对接接头 改出的对接接头设计 焊接时间缩短
4、焊接能量减少 挤出的溢料(可见) 附加的溢料收集嚣 焊接面积减少 挤出熔体没有形 成品外观无缺陷 Z形接头 改进的耐剪切性 有助部件定位 挤出熔体没形成外观缺陷 典型的能量控制嚣尺寸/mm 无定形聚合物 h 半结晶聚合物 尺寸 小部件 大部件 小部件 大部件 图1 无定形和半结晶聚合物所用的能量导向嚣的近似尺寸 此图所示的焊接接头是对普通能量控制接头设计的独特的 改进.下面式件用一个粗糙或有纹理的表面改进.将会提高 焊接质量,焊接强度和焊接完成的容易程度.其他许多有纹 理的接头外形也是可行. 转载:BJ 3/10 溢料问题可通过把溢料污染槽引入接关设计中而降低,为安全,一般溢料槽 设计至少 1
5、0%的过度体积容量. *紧压接头:为了使溢料形成的可能性最小,紧压接头设计的目的是阻挡熔 体或将熔体保持在熔区内.紧压接头对半结晶的塑胶材料如尼龙是有用的.因为 接关结构更复杂,紧压接关所需的制件配合公差相对严格.与三角能量导向嚣焊 接相比,较大的接头结构也需要附加振幅和焊接能量.典型的紧压焊接几何结构 如图 2 所示. 15 锥度 图 2 典型的超声紧压焊接结构 制件找平 简单对接没有任何措施解决制件相互找平或对中.制件找平更 适於用模塑定位销或双头螺完成.而 z 形接能自动找平,且在使用时耐拉伸且改 进了搞剪切负荷性.并能消除外部溢料. 滑动间隙 或0.20-0.64mm 或0.20-0.
6、64mm 图3 超声焊接工艺用的典型 z 开接头设计 (a)焊接前的 z 接头: (b)焊接后的 z 形接头:(c)改进的 z 形接头:台阶附带肩部掩盖了不平性,结果使外观改进 *槽舌接合不但提供了剪切强度而且提供了拉伸强度.这种接合是自对中的, 转载:BJ 4/10 接合区域的壁厚必须相对大以适应槽舌接合设计.另外,制件公差要求相对严.间 隔加强筋改善了接头找平. *剪切接头 图 4 超声焊接工艺用的典型槽舌接合设计 当焊接半结晶聚合物(或其他难以焊接的聚合物)和需要密封 接头号时,一般推荐使 用剪切接.需要高强度,高质量接碚的环形和矩形制件 都用剪切接头.剪切接头号具有搭接制件壁部分,当接
7、头被焊接和相互依次嵌入 时,搭接部分产生公差和局部剪切.为了促进制件找平,接头包含了调节部分. 为了集中熔融能量,一边上的阻碍物的顶角在初始接触面上降低.因为融化材料 的温度在整个接触面上保持一致,制件被焊接时,两表面熔融均匀.深度为 1.0-2.0mm 的使用 0.13-0.5mm 范围内的公差值.为了防止在焊接过程中由於公 差而产生的外部侧壁翘曲,垂直的制件应尽可能浅,但在一边用剪切制件改进的 槽舌接头可与较深的拉伸制件一起使用,提供中壁接头,它使由於公差而产生的 侧壁翘曲最小.如图 5 所示. 间隙 焊接深度 引入 3 图5 典型的超声焊 接剪切接头设 计和典型的中 壁组装剪切接 头设计
8、 公差 2 4 (a) 焊接前的部件; (b)焊接后的部件 1-槽舌剪切接头:有助於阻止部件向内弯曲;2-支撑夹具:目的是在焊接过程中 阻止下面部件壁向外弯曲;3-上面的部件;4-下面的部件 *斜坡接合 斜坡接合设计也可为无定形和半结晶聚合物提供高强度密封 转载:BJ 5/10 接头.斜坡接合是自固定的且最适合小尺寸的圆形或椭圆形制件.斜坡接合的焊 接能量要求很高. 图6 超声焊执著用典型的斜坡接 合设计 部件壁 最小 (a) 斜坡接合; (b) 改进的斜坡接合(附 加公差) 1- 溢料槽;2-夹具 斜坡接合具有 30-60的角且应该在1内装配.为附加的熔区材料厚度增加 的 0.10-0.25
9、mm 的公差产生焊缝和溢料.当从功能或审美上不能接受溢料时,就 使用收集器. *带嵌入密封装置的焊接 用嵌入的弹性密封圈或韧性垫圈也可获得可靠 的密封.如图 7 所示接头制件装有一个弹性环,以改善用超声焊接接合可达到的 密封安全性,或在连续的周边焊接不可能的情况下使用. 上层部件 上层部件 图 7 超声焊 接制件通常需要密 封接头 底层部件 底层部件 1- 能量导向器; 2- 弹性密封 *电栓焊 超声焊接设备也可生产电栓焊和销套触点焊接.在不需要密封接 头的应用中,销套接头可用来连接相同的塑胶材料. 一般的超声销窝/铆钉焊接接头 销/铆 导入/定们孔 (0.4-0.8mm) 销末端或孔尖 径向
10、公差 (0.2-0.4mm) 图8 *超声铆焊 超声焊接设备可形成销孔型剪切接头 1-溢料收集器;2-焊接前;3-焊接后 超声焊接的变异是超声铆焊.即把一个热塑性制件固定在另一 转载:BJ 6/10 个不同材料的制件上的方法.铆钉或凸台在底部应该 有十分大的半径或圆角,以 防裂纹或熔融.为了集中超声能量,凸台的顶端应该设计成与焊头的初始接触最 小.凸台顶部可以是平的或圆锥形的,半结晶或填充的聚合物以圆锥形的较佳. 超声铆焊的完整性取决於铆钉和焊头之间的精确容量关系. 标准标桩 埋头标桩 圆顶标桩 空心标桩 图9 超声焊接设备可生产铆焊或各种结构 1- 1.6mm 的铆钉;2-尖锥触发熔融;3-
11、14.0mm 的铆钉 *标准铆焊 直径在 1.6-4.0mm 这间的平头铆钉.刚性和柔性的不耐磨热塑 性塑胶推荐使用标准外形. *半球形铆焊 胶是合适的. 直径小於 1.6mm 的铆钉建议用在半球形铆焊上.对耐磨塑 *溢流式铆焊 溢流式铆焊用在要求表面为平的或隆起的及锁信制件的厚 度被允许使用的应用中. *空心铆焊 直径大於 4mm 的凸台或铆钉去芯后可生盲孔凸台. 如图 10 所示 当啮合制件中不允许有通孔时,超声焊接设备也能形成机械 互锁.模制塑胶铆钉(与用於铆焊的类似)和在啮合制件中的盲倒角可形成以公 差为基础(假设带倒角的制件不融化)的真正的机械接合. 不同的 材料 机械互锁 完成的接
12、合 图 10 *超声焊接的材料因素 用超声焊接形成机械互锁的示例 超声焊接操作适合於多数热塑性材料. 1-带软化和变形铆钉的热塑性部件;2-具有倒角的啮合部件;3-超声波焊头 1 无定形聚合物,特别是室温下外於玻璃态的无定形物,通常是焊接 转载:BJ 7/10 工艺的好的候选材料.玻璃态无定形聚合物具有良好的透射性能,允 许用看近场和远场焊接技术成功焊接.当材料较软时,开定形材料的 超声焊接就成问题.如:焊接高冲击 ps 将比焊接通用 ps 一般需要更 多能量和附加振幅. 2 半结晶聚合物一般更难用超声能量焊接.增加由焊接体系发射的能 量值(即增加振幅) ;缩短焊头/制件接触面与接头介面间的距
13、离;使 用近场超声焊接技术;使用振幅高达 0.05-0.15mm 的焊头.这些高焊 接振幅需要使用钛焊头.当需要高强度,密封组装时,剪切接头和斜 坡接合对半结晶聚合物都适用. 3 焊接吸湿性聚合物:模塑后马上焊接制件(在它们仍是乾燥时) ; 焊接前乾燥制件;焊接前把制件存放在乾燥器内. 振动焊接 振动焊接是摩擦焊接过程,其间被焊接的制件在压力下磨擦到一起直到生成 的磨擦和剪切热量使头蚧面达到充分熔融状态.一旦熔融膜已经形成渗入到足够 深的遝接区域,相对运动停止,在压力作用下焊缝冷却并固化. 振动焊接适用几乎所有的热塑笥塑胶,往复运动方向上具有允许的无约束运 动焊缝的制件,中型或大型制件. 振动
14、焊接的材料因素与超声焊接类似:无定形材料比半结晶聚合物更适合采 用振动焊接的类似. 环形振动焊接 可连接焊区尺寸与焊区到旋转轴的距离近似相等的 制件. 线性振动焊接 用在允许一个方向上线性振动的成套制件上. 接头 当被连接的整个表面是平的或稍向平面外弯曲时,对制件来说振动焊接工 艺是最理想的. 相对的 水平运动 频 率 ： 120240H z. 振 幅 ： ( 0 .8 4 .0 m m ) 压力 图 11 振动焊接用典型接头设计 (a) 焊接前的标准对接接头;(b) 焊接后的标准对接接头; (c) 用溢料收集改进的对接接头 1- 焊接设备沟槽;2-单平面分型线;3-焊接溢料;4-带溢料收集器的接合 转载:BJ 8/10 旋转焊接 旋转焊接用来连接具有旋转对称接合表面的制件,它属磨擦焊接工艺.是连 接可大可小的圆柱形热塑性塑胶制件的最有效的工艺.用旋转焊接技术组装的制 件常常具有与周边垂直的连接板等特徵.它的生要加工变数是相对剪切速率,焊 接压力和焊接时间.旋转焊接的接头强度取决於材料,接头设计和所用的加工条 件;多数热塑性塑胶可达到强的气密封接焊缝.旋转焊接对透射性能不好的材料 特别合适. 像角撑扳之的 部件特征提供 了可靠的扭矩 图 12 旋转焊接工艺用的典型的基本接头结构 1-对接接头;2-槽舌接合;3-带收集器的 T,G 接合 4-斜坡
