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超聲波塑料焊接在汽車燈具中的應(yīng)用

2021-11-17 18:27
近年來，隨著汽車工業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，熱塑性塑料由于其優(yōu)良的機(jī)械性能、光學(xué)性能、加工性能等，在汽車上的使用量越來越大。而且塑料的加工方法也發(fā)生了變化，除了常見的注塑成型、擠出成型等加工方法，人們也嘗試借用金屬和木材等加工方法，對塑料進(jìn)行二次加工。其中，塑料焊接就是通過加熱熔化，使塑料部件連接的加工工藝。

汽車燈具是汽車上的一種主動(dòng)安全部件，同時(shí)也是突出車輛風(fēng)格的重要外飾，包含前大燈、后尾燈、前霧燈、側(cè)轉(zhuǎn)向燈、高位剎車燈等。在汽車燈具加工工藝中，塑料焊接經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠，越來越受到汽車制造工業(yè)的青睞。研究汽車燈具的塑料焊接工藝，可以為燈具的性能優(yōu)化、工藝條件的設(shè)定以及制造工業(yè)的日常管理提供支持。

汽車燈具中的塑料焊接，可以分為三種:基于熱傳導(dǎo)的方式，如熱板焊接;基于熱輻射的方式，如激光焊接;基于摩擦的方式，如振動(dòng)摩擦焊接、超聲波焊接。以下主要介紹超聲波塑料焊接工藝在汽車車燈中的應(yīng)用。
超聲波焊接超聲波焊接也是基于摩擦方式的焊接，只是摩擦生熱是用超聲波激發(fā)塑料作高頻振動(dòng)產(chǎn)生的。當(dāng)超聲波被引向焊接部位時(shí)，塑料質(zhì)點(diǎn)被超聲波激發(fā)而作快速振動(dòng)并產(chǎn)生機(jī)械能，并轉(zhuǎn)化為熱，燈罩和殼體焊接部位的溫度上升以至于熔化。

超聲波焊接對于燈具焊接來說，是最常用的焊接方式之一。而且是最快捷的焊接方式，超聲波焊接的焊接時(shí)間通常在1s以內(nèi)。超聲波焊接采用的是高頻率、低振幅的焊接方式，因此焊接質(zhì)量也較高，焊接頻率的范圍為20kHz～40kHz，振幅的范圍為2.5μm～0.25mm。超聲波焊接的焊接設(shè)備包含四個(gè)基本構(gòu)件:高頻電流發(fā)生器、換能器、焊具、底座。

影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)有:頻率、振幅、焊接時(shí)間和焊接壓力。由于頻率決定于焊接設(shè)備的選擇，以下主要討論其他三個(gè)影響的工藝參數(shù)。

1振幅
振幅是燈具進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，首先需要考慮的工藝參數(shù)。由于焊接材料本身的物理性質(zhì)不同，焊接材料對振幅變化的敏感性也不同。因此，每種材料都有其達(dá)到熱熔的最低振幅。因此所選擇的振幅必須大于最低振幅，焊接材料才能達(dá)到熱熔的效果，而且焊接強(qiáng)度與振幅的關(guān)系也十分密切。燈具常用材料的振幅范圍:ABS(20μm～30μm)、PM-MA(20μm～35μm)等。燈具超聲波焊接所用的振幅，必須隨著焊接材料和燈具焊接面的形狀進(jìn)行調(diào)整。

2焊接時(shí)間
焊接時(shí)間是指超聲觸發(fā)開始，到停止對焊接部位加壓為止，包含超聲時(shí)間和保壓時(shí)間。焊接時(shí)間越長，傳遞到被焊接部位上的能量越多，則升溫越快，塑料熱熔就越多，焊接效果越好。但是焊接時(shí)間也不能過長，焊接時(shí)間太長，燈具焊接部位容易產(chǎn)生溢料、飛邊等外觀問題，影響燈具的外觀質(zhì)量。

3焊接壓力
一般來說，需要對燈罩和殼體施加一定的壓力，使焊接部位的表面有一定的接觸，從而達(dá)到焊接的效果。壓力過低，焊接部位的表面接觸效果不好，則需要較長的焊接時(shí)間，同時(shí)焊接強(qiáng)度也不好。壓力過高，焊接部位有可能發(fā)生表面破裂，影響焊接質(zhì)量。因此，以上三種工藝參數(shù)需要綜合進(jìn)行調(diào)整，才能得到優(yōu)良的焊接質(zhì)量。

此外，影響超聲波焊接的因素還有熔點(diǎn)、材質(zhì)、添加劑等。所焊接的兩種塑料的熔點(diǎn)要盡可能接近。吸濕性材質(zhì)的樹脂，含水量過大，會(huì)影響焊接強(qiáng)度和焊接面的外觀。有些添加劑會(huì)提高焊接效果，但是含量也不能過大，否則會(huì)產(chǎn)生相反的效果。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車燈具的發(fā)展更是越來越快，各種塑料焊接技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。但是塑料焊接機(jī)制復(fù)雜，焊接質(zhì)量受各種因素影響。除了采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整外，可以引入有限元分析，模擬焊接過程中工藝變化對應(yīng)關(guān)系，減少試驗(yàn)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本。隨著研究的不斷深入，各種塑料焊接技術(shù)的影響因素會(huì)越來越明確，從而塑料焊接技術(shù)在汽車燈具行業(yè)將得到更好的應(yīng)用。