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兩種常見的塑料焊接方法超聲波焊接與激光焊接技術(shù)介紹

2021-10-19 18:32
塑料應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，塑料制品光靠模具等一次性不能解決的，需要進(jìn)行裝配而成為可用的產(chǎn)品。由塑件變成可用的產(chǎn)品的過程中，有的需要塑料焊接加工，有的需要其他加工。本文闡述了熱塑性塑料各種塑料焊接原理方法，介紹了塑料焊接應(yīng)用方面的情況。
 
現(xiàn)代塑料材料已被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，從日常生活用品到尖端科學(xué)領(lǐng)域都離不開塑料，而塑料是通過制造成各種制品來實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值的，所以對(duì)塑料賦予形狀進(jìn)而產(chǎn)生實(shí)際功能的成型加工技術(shù)具有十分重要的價(jià)值。塑料制品的實(shí)現(xiàn)離不開設(shè)備，模具，工藝，材料和環(huán)境的五大因素，由于塑料的加工工藝等方面的原因，很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品不能一次加工成型，通過焊接方法可以需要把多個(gè)零部件無縫連接到一起，完成一個(gè)完整的塑料零件。對(duì)于熱塑性的塑料焊接工藝得到了越來越廣泛的應(yīng)用，只有分子結(jié)構(gòu)相同或相近的熱塑性塑料才能進(jìn)行焊接，在焊接面上是分子間的化學(xué)結(jié)合，焊接效果好，焊接質(zhì)量高。塑料焊接是永久性連接塑料部件的有效方法。焊接的方法很多。目前使用較多的超聲波焊接、激光焊接、熱板焊接、摩擦焊接、振動(dòng)焊接、高頻焊接、熱風(fēng)焊接和感應(yīng)焊接。本文就常用的熱塑性塑料焊接加工方法進(jìn)行介紹，供大家參考和應(yīng)用。
 

超聲波塑料焊接方法


超聲波焊接國外在1960年開始應(yīng)用超聲波焊接技術(shù)，至今已有50余年的歷史，而我國在80年代末才開始推廣使用，是一種廣泛應(yīng)用塑料焊接技術(shù)。超聲波焊接原理如下：焊接物垂直方向振動(dòng)，可產(chǎn)生超聲波之縱振動(dòng)，使加壓的塑料產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)這種應(yīng)力超過虎克定律范圍時(shí)，塑料本身除變形稍有變化外，內(nèi)部將產(chǎn)生熱能，在兩種塑料接觸面加壓力，利用超聲波高速振動(dòng)摩擦生熱來軟化塑料塑料內(nèi)部使之產(chǎn)生粘性而焊接。這種焊接均勻牢靠，變形小，外觀好，效益高。
 
超聲波焊接實(shí)際是通過超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉(zhuǎn)換成15、20、30或40千赫茲電能。當(dāng)超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。超聲波焊接的特點(diǎn)是，發(fā)熱只集中在焊接部分，焊縫牢固而美觀，不管塑料的極性大小，幾乎所有加熱熔融的塑料薄膜都可以采用超聲波焊接，尤其適合于焊接剛性較大的薄膜材料。
 
超聲波焊接不受待焊表面污染的限制，焊接過程很快，焊接時(shí)間不到1s，并且很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可通過計(jì)算機(jī)程序控制來實(shí)施對(duì)大件和不規(guī)則工件的焊接，超聲波焊接一般在專門的超聲波焊接機(jī)上完成操作，可以進(jìn)行直接焊接法，點(diǎn)焊法，傳遞焊接法，金屬嵌件插入法等。主要對(duì)同種性質(zhì)的塑料能焊接，不同種類的塑料也可焊接。如ABS何PMMA可同時(shí)焊接，但不同種類的塑料因粘性、結(jié)晶度、硬度和彈性率以及溶化溫度不同，焊接后的外觀不十分理想。主用應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠、前后門、內(nèi)飾件、濾清器、剎車燈、燈具等，同時(shí)反光片及反光材料也越來越多的采用超聲波焊接。
 

激光焊接


激光焊接作為一種熔接塑料制品的手段已趨于普及。激光焊接方法具有焊接不同吸收性能的熱塑性塑料零件的能力。在焊接前，連接零件相互接觸，但不是處于其他焊接方法所需要的外加壓力下。激光焊接由短波、固態(tài)的二極管或高性能的激光器發(fā)射出貫穿透光零件的激光束是透明的。激光束激活吸收材料表面，被零件吸收轉(zhuǎn)化為熱量。使該吸收激光束的零件濡濕，因而增加了兩零件之間的熱接觸點(diǎn)（面）。有效透過激光的零件也通過吸收零件的熱傳導(dǎo)被加熱和溶化，最終在兩零件之間形成瞬時(shí)滲透焊縫。利用激光把兩件塑料部件焊接，首先把部件夾緊（壓緊）在一起，然后以近紅外線激光NIR（波長810-1064nm)，透射過第一個(gè)部件，然后被第二個(gè)部件所吸收，所吸收的近紅外線激光化為熱能，將兩個(gè)部件的接觸表面溶化，形成焊接區(qū)。這種焊接方法，能夠造出超過原材料的強(qiáng)度的焊接縫。激光焊接塑料的方法為2種，一種是利用遠(yuǎn)紅外CO2激光焊接塑料--非接觸激光焊接（簡稱NCLW)；另一種是利用近紅外激光焊接熱塑性塑料--透過激光塑料焊接(TTLE)。目前使用較廣泛的是透過激光塑料焊接。
 
高聚物材料的激光焊接是一種透射式焊接工藝。因?yàn)樵S多熱塑高聚物對(duì)于可見光和近紅外光具有較好的光學(xué)穿透性，這樣激光就可以穿過上層材料到達(dá)焊接面，下層的材料含有一種可以吸收激光的著色劑，它吸收激光，從而受熱融化下層材料。由于上下兩層材料都有很好的熱傳導(dǎo)性并且接觸很緊密，下層產(chǎn)生的熱量可以傳到上層材料并使它融化，這樣就把兩個(gè)部件粘接在一起。絕大多數(shù)本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能被激光焊接，例如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯烯（PP）等材料，也通常在熱作用區(qū)添加碳黑等吸收劑增強(qiáng)吸熱效果。
 
激光焊接塑料有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：焊接縫尺寸精密、牢固、不透氣及不漏水，部件表面能夠嚴(yán)密地連接起來；在焊接過程中樹脂降解少、產(chǎn)生碎屑少；與其他熔接方法比較，大幅減少制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力；能夠?qū)⒍喾N不同塑料焊接起來（其他焊接方法有較大限制）；擅長焊接具有復(fù)雜外形（甚至是三維）的制品；能夠焊接其他方法不易達(dá)到的區(qū)域，易于控制，具有良好的適應(yīng)性；
 
塑料激光焊接還具有焊接速度快、精度高、自動(dòng)化、精密數(shù)控容易實(shí)現(xiàn)、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，因此塑料激光焊接技術(shù)在汽車、醫(yī)療器械、含有線路板的塑料制品、包裝等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用，也特別吸引了那些尋求更清潔的方式來熔接復(fù)雜部件的加工商。