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各种塑料焊接方法及其特点比较

塑料焊接方法及其特点比较


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塑料焊接方法及影响因素


相信很多人在听到塑料焊接的时候并不会觉得不可思议,我们都知道金属焊接是因为金属的熔点很高,塑料相对来说熔点并不高,焊接技术是如何进行的呢。当然,塑料焊接不同于金属焊接,虽然它们都是利用熔化结合的原理,但是所使用的焊接机械是不一样的。


可以焊接的塑料通常包括PE、PP,尼龙、PET等材料。目前塑料焊接方法使用较多的是外部加热源焊接,机械方式,电磁作用这三大类方式进行焊接。

外部加热源焊接方式具体包括热板焊接,热风焊接,热棒焊接,脉冲焊接等;

机械焊接方式包括超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接;

电磁作用焊接方式包括:激光焊接、感应焊接、高频焊接等。


焊接方法,没有更好,只有合适。


影响焊接效果的因素


关于塑料焊接,我们需要考虑到影响焊接质量的因素才能得到较好的焊接效果。

在实际生产过程中,并不是所有的塑料材料都可以进行焊接,能够被焊接的塑料均属于热塑性塑料,只有分子结构相同或相近的热塑性塑料才能进行焊接,在焊接面上是分子间的化学结合,所以母体材料越相近,焊接效果越好。

在进行焊接时,压力、时间、吸热量(熔融量)是确保焊接质量的三要素。
1.压力
对焊接表面施加适当的压力,焊接材料将由弹性向塑性过渡,还可以促进了分子相互扩散并挤去焊缝中的残余空气,从而增加焊接面密封性能。
2.时间
要有适当的热熔时间和足够的冷却时间。当热功率一定时,时间不够会出现虚焊,时间过长会造成焊件变形,熔渣溢出,有时还会在非焊接部位出现热斑(变色)。必须保证焊接面吸收足够的热量达到充分熔融的状态,才能保证分子间充分扩散融合,同时必须保证足够的冷却时间使焊缝达到足够的强度。
3.熔融量
热熔时间和热功率协调调整才会的到最恰当的熔融量,保证足够的分子间融合,消除虚焊的现象。除了焊接设备和操作人员技能水平外,来之于塑料内部或外部的各种因素,对焊接质量有一定的影,应当引起重视。


材料本身的因素包括:

塑料的吸湿性
如果焊接潮湿的塑料制品,内含的水分会在受热后化为蒸汽跑出而在焊面上出现气泡,使焊接面密封性能减弱。吸湿较为严重的材料有 PA 、 ABS 、 PMMA 等。用这些材料做的制品,焊前必须进行干燥处理。

塑料中的填充物
如玻璃纤维、滑石粉、云母等,它们改变了材料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接质量有很大的关系。填充物含量低于20%的的塑料可以正常进行焊接,不需要进行特殊的处理。填充物含量超过30%时,由于表面塑料比例不足,分子间融合的不够,会降低密封性。

焊接面的清洁
焊接表面必须清洁没有杂质,才能保证足够的焊接强度和气密性。
在选取正确的可焊接的材料和排除了影响焊接效果的不利因素外,还要根据材料种类和制品形状、成本的的高低采取适当的焊接方法。按所采用的加热软化方式的不同,塑料焊接方法可分为通过外加热源软化、通过机械运动方式软化、种和通过电磁作用软化几种。



下面介绍这几种焊接方法及其特点:

一般来说,塑料焊接方法可分为:通过外加热源软化、通过机械运动方式软化、和通过电磁作用软化几种。


外加热源焊接
是一种通过外部加热源软化工件完成焊接的方法。
通过外加热源方式软化的焊接技术有以下几种:热板焊接、热风焊接、热棒和脉冲焊接。


热板焊接

热板焊接主要适应焊接同类热塑性塑料,同种塑料的熔化温度容易控制,对加热板的温度控制一致比较容易,简化了加热板的制造难度;对不同类型的塑料焊接时,两塑料之间温度有差异的影响,对加热板的制造和加工增加了一定的难度,也会出现强度不足的现象。"
可能是最简单的塑料焊接技术,但这种方式特别适合于需要大面积焊接面的大型塑料件的焊接,一般是用平面电热板将需焊接的两平面熔融软化后迅速移去电热板合并两平面并加力至冷却。
这种方法焊接装置简单,焊接强度高,制品、焊接部的形状设计相对来说比较容易。但由热板产生的热量使制品软化,周期较长;熔融的树脂会粘附到电热板上且不易清理(电热板表面涂F4可减轻这种现象),时间长了形成杂质影响粘接强度;需严格控制压力和时间保证适当的熔融量;当不同种类的树脂或金属与树脂相接合时,会出现强度不足的现象。

热板焊接技术是一种通过加热、高温或者高压的方式将两者连接到一起,形成一个整体。尤其是金属制品,它们质地坚硬,用其他连接方式无法将两部分牢固的粘接在一起,这就要靠焊接技术。相信很多人都看过金属制品的焊接,但是塑料焊接大家就鲜少看见。其实塑料焊接也是一种非常成熟的焊接技术,它是将两部分塑料制品通过技术熔融结合在一起。

热风焊接
当热风气流直接吹向接缝区时,导致接缝区和与母材同材质的填充焊丝熔化。通过填充材料与被焊塑料熔化在一起而形成焊缝。这种焊接方法焊接设备轻巧容易携带,但对操作者的焊接技能要求比较高。

热棒和脉冲焊接
这两项技术主要用在连接厚度较小的塑料薄膜的焊接。并且这两种方法相似,都是将两片薄膜紧压在一起,利用热棒或镍铬丝产生的瞬间热量完成焊接。



机械运动焊接


机械运动方式焊接是一种全自动焊接过程,是一种通过机械运动方式软化工件完成焊接的方法。都需要专用焊接设备。一旦确定了正确的焊接参数,操作工即可稳定生产。其优点是:快速、灵活、焊接过程稳定且不需焊剂或保护气体,也不产生有害气体或熔渣,产品焊接质量有保证。
采用机械运动方式软化完成的焊接技术有:摩擦焊接、超声波焊接。


按运动轨道可分为直线型和旋转型
直线型可用于直线焊缝的焊接和平面焊接的焊接,旋转型可用于圆形焊缝的焊接。在利用压力下的两部分在摩擦过程中产生的摩擦热量使接触部分的塑料熔融软化,对正固定直到凝结牢固。
振动焊接:使用几乎所有的热塑性塑料。适合于焊接注射模压成型或压制成型的工程热塑性塑料,还可以焊接含氟聚合物、聚酯弹性体等超声波不能焊接的塑料。
金属摩擦焊接的优点:生产率高、容易实现自动化和机械化;用一种材料焊接时,其接头性能好,设备简单,操作方便。摩擦焊技术适用范围广,可焊接汽车半轴、气门、安全气囊、涡轮增压器、连身齿轮、连轴齿轮、等速万向节、前悬架等。

超声波焊接
超声波焊接就是使用高频机械能软化或熔化接缝处的热塑性塑料。被连接部分在压力作用下固定在一起,然后再经过频率通常为20或40千赫的超声波振动,换能器把大功率振动信号,转换为相应的机械能,施加于所需焊接的塑料件的接触界面,焊件接合处剧烈摩擦瞬间产生高热量,从而使分子交替熔合,从而达到焊接效果。
超声波焊接的特点是,发热只集中在焊接部分,焊缝牢固而美观,不管塑料的极性大小,几乎所有加热熔融/热塑性的塑料材料都可以采用超声波焊接,尤其适合于焊接刚性较大的塑料材料。
超声波焊接过程很快,焊接时间不到一秒,并且很容易实现自动化,在电子、电器、汽车零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工艺品、化妆品等各个行业 广泛应用。


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电磁作用焊接


电磁作用焊接,感应焊接是一种非常快速和多样化的焊接方法,对所有的热塑性塑料有效,焊接强度在多数情况下都能符合使用要求。其缺点是:设备的投资高和焊接强度不如其他焊接方法的高。选择使用时应谨慎考虑。
是一种通过电磁作用软化表面的焊接方法。
采用电磁作用软化表面的焊接技术:
高频焊接、红外线焊接、激光焊接。

高频焊接
高频焊接是利用电磁感应原理高频感应加热技术,穿透塑料制品对埋藏于塑料件内部的感应体或磁性塑料产生感应加热,被焊塑料在快速交变电场中可以产生热量而使需焊接部位迅速软化熔融,继而填充接口间隙,并以完善的机械装置辅助达到完美焊接。产生高频感应的最为常用的方法是,利用高频电流通过线圈,从而得到一个强大的高频磁场。感应体(即发热体)一般为铁、铝、不锈钢等材料,但也使用通过添加磁性物质加工而成的磁性复合塑料。通过这种方法焊接制作的产品包括文具夹,可充气物品,防水衣和血袋等等。
高频塑料焊接,用于普遍的塑胶塑料,皮革,布料的热合焊接,定位准确,性能良好灵活,用于较小的产品加工,生产效率高,操作使用简便。

红外线焊接
这项技术类似于电热板焊接,将需要焊接接的两部分固定在贴近电热板的地方但不与电热板接触。在热辐射的作用下,连接部分被熔融,然后移去热源,将两部分对接,压在一起完成焊接。这种方式不产生焊渣、无污染,焊接强度大,主要用于 PVDF 、 PP 等精度要求很高的管路系统的连接。

激光焊接
20世纪70年代,激光开始被应用到塑料焊接上。它的原理是将激光器产生的光束(通常存在于电磁光谱红外线区的集束强辐射波)通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统,聚焦于待焊接区域,形成热作用区,在热作用区中的塑料被软化熔融,在随后的凝固过程中,已融化的材料形成接头,待焊接的部件即被连接起来,通常用于PMMA、PC、ABS、LDPE、HDPE、PVC、PA6、PA66、PS等透光性好的材料,在热作用区添加碳黑等吸收剂增强吸热效果。塑料激光焊接的优点较多:焊接速度快、精度高;自动化、精密数控容易实现;成本相对较低。因此,塑料激光焊接技术在汽车、医疗器械、包装等领域得到了比较广泛的应用。
激光焊接塑料的优点:焊接缝尺寸精密、牢固、不透气及不漏水,部件表面能够严密地连接起来;在焊接过程中树脂降解少、产生碎屑少;与其他熔接方法比较,大幅减少制品的振动应力和热应力;能够将多种不同塑料焊接起来;擅长焊接具有复杂外形的制品;能够焊接其他方法不易达到的区域,易于控制,具有良好的适应性。


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