塑料焊接的8大工藝
根據(jù)塑料化學成分、性態(tài)及溫度作用，其通常分為兩大類：熱塑性塑料和熱固性塑料，塑料的焊接其實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，國內(nèi)“國五”正式轉(zhuǎn)入“國六”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、制造上，傳統(tǒng)的金屬部件越來越多地被擁有同樣工作性能的塑料部件替代，尤其是在汽車輕量化解決方案上，塑料的應(yīng)用是設(shè)計師們所需要考量的，同時對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簡單介紹。
一、塑料焊接步驟
熱塑性塑料的焊接通常分五步進行：
①表面制備，表面制備非常重要，因為大部分模壓成形的塑料制品其表面均有一層脫模劑或污物，必須清理干凈，才能使焊接順利進行。
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、壓力機加壓、自動夾具加壓等。焊接時通常同時進行壓花。
④擴散或焊接，液體與液體界面經(jīng)建立，擴散就立即進；對于結(jié)晶或半結(jié)晶材料擴散幾乎是瞬時完成的；對于非結(jié)晶材料，如果加熱溫度是稍高于熔點，則擴散時間會很長。
⑤冷卻，塑料焊接最后一步是焊件冷卻和接頭凝固。在塑料焊接接頭沒有達到足夠支撐整個焊件的強度和剛度之前，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氣對塑料焊件和塑料焊條進行加熱，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，應(yīng)用最廣，是“萬能焊”。
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。具體準確溫度要試焊測試后最終確定。
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，施加適當壓力并夾緊，冷卻后實現(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，需要適當夾具。
3、電阻植入焊
①將導電的電阻材料放入焊接界面中，施加焊接壓力并對電阻材料通過電流，將焊接界面上的塑料熔化，熔化的塑料相互潤濕混臺擴散，消除原來的宏觀焊接界面形成焊縫，同時電陽材料被保存在最終的焊縫中。
②電阻植入焊的設(shè)備簡單，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，降低焊縫強度及耐腐蝕性。
4、超聲波焊
①超聲波焊是超聲波通過被連接件，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。實現(xiàn)連接。
②適于熱塑性材料，接頭強度高，焊接速度快、自動化掛度高、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對金屬插入件進行加熱，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現(xiàn)連接的方法，摩擦焊包括三類：旋轉(zhuǎn)摩擦焊、線性振動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)，同時在軸向施加一定的壓兩個連接表面相互摩擦，停止旋轉(zhuǎn)時，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線性振動焊摩擦焊，又稱振動焊，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，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以上，熔融的塑料被擠出，振動停止，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；需要專用振動焊接設(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入塑性流動狀態(tài)，并利用攪拌針攪拌焊縫進入塑性狀態(tài)的材料，消除原來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)備原理簡單，可靠性相對較高，適于批量生產(chǎn)以及焊接精度和外觀質(zhì)量相對較低場合。需要專用設(shè)備及復雜的工裝夾具。
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，當溶劑完全耗盡、蒸發(fā)時完成連接；它是通過被焊塑料的溶解而實現(xiàn)連接。
②接頭中含有一定量的母材成分時強度較高，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接頭強度可以達到母材的強度，所需焊接設(shè)備簡易，操作十分簡單，成本低。
④焊接速度慢，需較長時間蒸發(fā)，有些溶劑有毒性，對人體有害，注意防護。
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為激光透射焊接，首先將兩個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最近幾年隨著國內(nèi)激光設(shè)備企業(yè)的崛起以及設(shè)備價格的逐步緩和應(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，激光焊接過程樹脂降解少，產(chǎn)生碎屑少，焊接過程非接觸，不會產(chǎn)生污染，激光焊接相比其它連接方式所產(chǎn)生的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力小，因此特別適合于鼠標、移動電話、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熔接的復雜部件。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)案例圖片的歡迎進群分享。
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