塑料焊接
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-29
塑料焊接的實例教程
1、焊接設備 硬質聚氯乙烯塑料焊接時，是將過濾后的無水無油的壓縮空氣，通過專用的電熱式焊槍加熱而成為一股熱空氣流，在焊槍的噴嘴中噴出，使被焊的板材（或管材）及焊條加熱至熔融狀態而粘合在一起。
焊接設備主要由空氣壓縮機、空氣過濾器、焊槍、調壓變壓器及其它附屬設備組成。
2、焊條的規格及選擇
焊接加工硬質聚氯乙烯設備用的焊條，它的生產工藝比較簡單，只要在擠壓機前設置圓柱形機頭，塑料通過機頭被連續擠出，就成為焊條。作為焊接材料的焊條，考慮在加熱過程中應比被焊材料先熔化，因此在焊條配方中必須加幾份增塑劑，以降低焊條熔化溫度，或在同樣的溫度下加快焊條熔化速度。
焊條的規格分單焊條及雙焊條兩種，單焊條規格有：Φ2.0mm、Φ2.5mm、Φ3.0mm、Φ3.5mm、Φ4.0mm等。一般Φ2.0～Φ2.5mm適用于焊接根部打底（開坡口）焊，Φ3.0~Φ3.5mm的焊條適用于8~15mm厚的板材焊接之用，Φ4mm的焊適用于15mm厚度以上的板材焊接之用。
雙焊條系雙條并聯，中間有槽。這種焊條應比單焊條提高焊接速度約60％~70％，現除打底和定位焊用單焊條外，一般全部采用雙焊條來焊接。
展開 目前，在市場上已有多種焊接技術被用于塑料零部件的焊接，包括：超聲波焊接、熱板焊接、激光焊接、振動摩擦焊接、紅外線焊接、熱樁焊接以及熱風焊接等。在這些焊接工藝中，紅外線焊接技術以其特有的優勢而越來越受到市場的青睞。該技術的一大優點是，它是采用非接觸式的加熱方式對塑料工件進行加熱。兩個待焊接的零件表面在紅外線的照射下可快速熔化,經壓合冷卻后即粘接在一起，并可獲得極高的焊接強度。這就意味著即使是復雜的三維待焊接面也可以被塑化，相應地，很多采用其他焊接工藝不能實現的設計方案在此就能夠被輕易地實現。因此,紅外線焊接技術尤其適用于復雜曲面的零件以及大型結構性塑料零件。
實踐表明，經紅外線焊接后的兩個部件，它們之間的接合強度遠比采用其他焊接工藝的強度要高。部件間的焊縫可達到100%的氣密性,因而不會有漏風或漏液體的現象發生。與汽車行業中經常使用的振動摩擦焊接技術相比，經紅外線焊接的部件不會在焊縫處出現焊渣或飛邊,因此對于大型汽車零部件，如儀表板、中控臺和門護板等，以及一些復雜曲面的小型部件，如過濾器、排風系統元件和剎車油盤等極為適用。
作為一家擁有多種焊接技術的制造商，德國FRIMO公司提供的紅外線焊接設備是一種基于短波紅外線的發生器, 其特點是啟動和關閉都非常迅速。在快速移動到待加熱的塑料零件表面后，僅需短短的數十秒鐘，即可將工件的表面按設定的深度快速塑化。一般，塑化時間最多只需要12s，當然，這還取決于待焊接零件的材料的特性。
與其他的紅外線焊接技術所不同的是，FRIMO的紅外線發生器采用了先進的控制系統, 其精確的無級調節機制可以讓操作人員通過精確定位來最優地控制焊接過程。操作人員可根據曲面結構，單獨對每個紅外線加熱器的功率進行設置，以保證零件的各個部分熔化的一致性，從而取得良好的焊接質量。
為了避免紅外線輻射到那些不需要加熱的區域，通常要使用所謂的“屏蔽板”。
展開 由于效率高，人工成本低，同時省去了大量夾具、粘合劑或者機械緊固件等的使用，因此超聲波焊接是一種非常經濟的塑膠件裝配方式；
3)強度高。超聲波焊接幾乎可以達到塑膠件本體強度的80%以上，在一些應用上甚至可以與注塑成型相媲美；
4）不改變塑料狀態，超聲波塑料焊接是一種固態工藝，可以通過精確控制，振動產生的高溫只會熔化塑膠而不會過度加熱導致降解，停止工作后會迅速冷卻固化，有助于保持塑料在連接前表現出的原始材料特性。
5)合理的塑膠件結構設計可以使得超聲波焊接達到一定程度的水密或氣密效果；
6)表面質量好，焊點美觀，可以實現無縫焊接；
7)工序簡潔，操作簡單，可以實現自動化焊接；
8)品質穩定，產品質量穩定可靠，焊接故障率低，適宜大批量生產；
9)超聲波焊接過程清潔，無需其他粘合劑，能源和材料效率高。
2、缺點：
1）超聲波焊接機的初始投資相對昂貴；
2）超聲波塑料焊機需要定制焊頭以及工裝，適應性差；
3）零件大小和形狀的限制，中小型的塑膠件適合超聲波焊接，常用的超聲波焊接機有尺寸限制（通常長度<250mm），形狀太過于復雜（主要指焊接區高度方向），焊接質量難以保證；
4）超聲波焊接是不可拆卸性連接，無法像螺絲卡扣等連接方式一樣進行反復拆卸。一旦兩個零件過超聲波焊接裝配成一體，之后如果發現產品存在質量問題，那么也無法進行返工。
5）超聲波焊接會產生振動，振動會對塑膠某些應力集中部位產生不利影響（開裂），同時振動也可能會對內部裝配的電子元器件產生一定程度的傷害。
6）超聲波焊接對塑膠材料有一定的局限性，
超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于—種或者相似塑料之間的焊接。
那些材料適合超聲波焊接？
展開 一、超聲波焊接原理
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。
一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器/換能器/變幅桿/焊頭三聯組/模具和機架。
超聲波焊接是通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40 KHz 電能。被轉換的高頻電能通過換能器再次被轉換成為同等頻率的機械運動，隨后機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區域，振動能量被通過摩擦方式轉換成熱能，將需要焊接的部件區域熔化。超聲波不僅可以被用來焊接金屬、硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜等。本片文章主要介紹金屬和塑料焊接兩種。
1）超聲波金屬焊接原理
超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率（超過16KHz ）的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法．金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將框框振動能量轉變為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升．接頭間的冶金結合是母材不發生熔化的情況下實現的一種固態焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時所產生的飛濺和氧化等現象．超聲金屬焊機能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細絲或薄片材料進行單點焊接、多點焊接和短條狀焊接．可廣泛應用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。
2）超聲波塑料焊接原理
超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。
展開 利用有限元生死單元技術既可模擬焊接過程中的堆焊部分，分別加載能量進行溫度場計算達到模擬焊接的整個過程。
分析時首先建立有限元模型，見圖4，平面單元均為PLANE55 (熱單元)，接觸單元用CONTA171 (接觸元)和CARGE169(目標元)，其捏合壓力為1.8Pa(2.62E-4ksi)，摩擦系數為0.5。
超聲波技術已經廣泛應用于金屬、塑料焊接工藝中。焊接工裝（Horn），因其對結構動力學方面的高性能要求，傳統的仿造、修模設計方法已不能適應塑料產品多變的要求。本文從超聲波塑料焊接的原理入手，通過有限元法進行固有頻率和模態分析，設計新型工裝，滿足有效傳遞和均勻分配振動能量的功能要求。
在設計過程中結合ANSYS的參數化建模、全因子實驗設計優化（DOE）和概率設計系統（PDS）模塊，進行參數設計和健壯性設計，調整幾何尺寸，使得工裝的固有頻率和超聲波頻率匹配，對應的模態在工作面振幅均勻，減少了局部結構應力集中的問題，同時對材料和環境的參數變化有較好的適應性。所設計的工裝一次加工完成投入使用，避免了反復修整工裝所帶來的時間和成本上的浪費。
國內有不少超聲波設備供應商自行生產焊接工裝，但是他們中有相當一部分是仿制已有，然后不斷的修整工裝、測試，通過這種反復調整的方法達到工裝與設備頻率協調的目的。
本文通過有限元方法，在設計工裝時就能把頻率確定，制造出來的工裝測試結果與設計頻率誤差不過1％。同時，本文引入DFSS（DesignFor Six Sigma）的理念，對工裝進行優化和健壯設計。6-Sigma設計的理念是在設計過程中充分收集客戶心聲進行針對性的設計；并且預先考慮生產過程可能出現的偏差，保證最終產品的質量分布在合理的水平內。
展開 
塑料焊接的最新內容
作者研究了熱風焊接過程中的熱風加熱問題，為塑料產品的熱風焊接工藝提供了一定的指導意義。此外，耦合仿真中還通過添加自適應網格關鍵字，模擬熱風加熱過程中的焊腳受力晃動現象，為后期的匹配驗證提供了途徑。
挑戰/需求
熱風焊系統內部流場溫度分布
塑料產品焊腳的熱風焊效果好壞直接影響試驗結果，目前主要靠經驗來調試工藝，試錯成本高，沒有針對性的仿真方法來支持。
本文研究了熱風焊接過程中的熱風加熱問題，為塑料產品的熱風焊接工藝提供了一定的指導意義。此外，耦合仿真中還通過添加自適應網格關鍵字，模擬熱風加熱過程中的焊腳受力晃動現象，為后期的匹配驗證提供了途徑。
適用PBT，PA66，ABS，PC，PP，亞克力，PU，PS，POM，PPO，PPE，PTFE，PE等多種塑料材料的焊接。
LCP 塑料也可以進行焊接、黏合和金屬化制程。與其他材料一樣，可以使用諸如激光直接結構化的技術直接沉積導電電路（例如Laser Direct Structuring, LDS 制程）。
Branson塑料焊接技術已被成功地運用于汽車保修杠、儀表板和儀表盤、剎車顯示燈、方向指示器、汽車門板以及其他與發動機有關的零部件制造工業中。近年來，原先許多傳統使用金屬的零部件也開始用塑料代替，如進氣管，儀表指針，散熱器加固，油箱，過濾器等。
因此，與非結晶性塑料相比，結晶性塑料更難焊接。為了獲得結晶塑料的更高焊接質量，通常需要考慮更多因素，例如更高的振幅，更短的焊接距離等，且為了集中超聲能量，超聲線的角度設計的更小或采用其他的超聲結構（剪切式）。
焊接過程中，結晶性（或半結晶性）塑料迅速熔化和迅速冷卻，焊縫處容易產生較多的非晶態（無定形）狀態塑料。
6）超聲波焊接對塑膠材料有一定的局限性，
超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于—種或者相似塑料之間的焊接。
那些材料適合超聲波焊接？
熱塑性材料：熱塑性分子呈線性或支鏈結構，經加熱、軟化、熔化后可制成一定形狀的塑料件，冷卻后可保持成型，使塑料具有可焊接性。
由于汽車向輕量化、集成化的趨勢發展，很多結構相對復雜的PP-Talc40%產品不能通過一次注塑成型，因而需要通過焊接技術將不同塑料零部件焊接在一起。
振動摩擦焊接方法主要是兩個塑料件在一定的壓緊力、振幅和頻率下，通過高頻振動使得焊接樣品相互摩擦產生熱量，熔融固化以及冷卻后，達到永久性連接的目的，因為其大位移運動，產生足夠熱量，從而能完成高強度焊接。
此法常用作聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚苯乙烯,碳酸醋等塑料的焊接。
熱壓焊是利用加熱和加壓力,使金屬絲與金屬焊接區壓焊在一起。
其原理是通過加熱和加壓力,使焊接區金屬發生塑性變形,同時破壞壓焊界面上的氧化層,使壓焊的金屬絲與金屬接觸面間達到原子的引力范圍,從而使原子間產生吸引力,達到鍵合的目的。
，然后焊接到邊緣周圍的電路板上。
