塑料焊接工艺大全
熱塑性塑膠的焊接
通常認爲熱塑性焊接是不可逆的.少數工藝如感應焊接可生産可逆組裝件.至於選擇哪種方法應在製件沒計初作出,因爲焊接方法對製件設計的要求可能是重要的,且不同焊接方法同差別顯蓍.
1. 超聲焊接 2. 振動焊接 3. 旋轉焊接 4. 熱板焊接 5. 感應焊接 6. 接觸(電阻)焊 7. 熱氣焊接 8. 擠出焊接
熱氣焊接技術通常用來焊接塑膠管,片或半成品製品而不是注塑成型製件.但許多熱塑性模塑製件,特別是熱塑性汽車盤是用熱氣焊接技術修復的,另外熱氣焊接有時用來製備塑膠樣模製件.
超聲焊接 Ultrasonic Welding
焊接距离
近距离焊接指被焊接位距离焊头接触位在6mm 以内,远距离焊接则大于6mm,超声波焊接中的能量在塑料件传递时会被衰减地传递。衰减在低硬底塑料里也较厉害,因此,设计时要特别注意要让足够的能量传到加工区域。
远距离焊接,对硬胶(如PS,ABS,AS,PMMA)等比较适合,一些半晶体塑料(如POM,PETP,PBTB,PA)通过合适的形状设计也可用于远距离焊接。
超音波焊接机的工作原理
是通过振荡电路振荡出高频信号由换能器转化成机械能(即频率超出人耳听觉阈值的高频机械振动能),该能量通过焊头传导到塑料工件上,以每秒上几十万次的振动加上压力使塑料工件的接合面剧烈摩擦后熔化。振动停止后维持在工件上的短暂压力使两焊件以分子链接方式凝固为一体。一般焊接时间小于1秒钟,所得到的焊接强度可与本体相媲美。超声波塑料焊接机可用于热塑性塑料的对焊,也用于铆焊、点焊、嵌入、切除等加工工艺。根据产品的外观来设计模具的大小、形状。
焊接材料性能
适合超声波的材料:ABS, Acrylic, PC,PS,SAN,PVC,丙烯酸等非结晶聚合物 不合适超声波的材料:PP, PA等半结晶体
各种热塑性塑料的超声波焊接性
材料
ABS
未填充的聚苯乙烯PS 结构泡沫(苯乙烯) 橡胶改性聚苯乙烯
玻璃填充(达30%)聚苯乙烯 SAN
ABS-聚碳酸酯PC(Cycoloy800) ABS-PVC(Cycovin) 乙缩醛 丙烯酸
焊缝强度百分数 95-100+ 95-100+ 90-100 95-100 95-100+ 95-100+ 95-100+ 95-100+ 65-70 95-100+
点焊 优 优 优 优 优 优 优 优 良 良 优 优 优 优 优 优 良
铆接与埋植 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 良
成型 良 一般 一般 良 一般 一般 良 良 差 差 良 良 良 良
焊接距离 近场焊 优 优 良 优 优 优 优 良 良 优 优 良 优 良
远场焊 良 优 差 良-差 优 优 良 一般 良 良 良 一般 良 一般 优-良 一般 一般 一般 良-一般 良-一般 差 差 一般-差 一般-差 一般-差
丙烯酸类多元聚合物(XT聚合物) 95-100 丙烯酸-PVC(Kydex)
95-100+
ASA (丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯共聚物) 95-100+ 甲基戊烯
改性聚苯醚(Noryl) 尼龙PA
热塑性聚酯PET PBT 聚酰亚胺 聚苯醚PPO 聚砜PSF 丁酸酯 纤维素塑料 聚乙烯PE 聚丙烯
结构泡沫(聚烯烃) 乙烯树脂
90-100+ 95-100+ 90-100+ 90-100+ 80-90 95-100+ 95-100+ 90-100 90-100 90-100 90-100 85-100 40-100
一般-差 良 一般-差 良 一般 差
良 良
一般 良 优 优 良 良 优 优 优 良
良 优
一般-差 良 一般
良 差 差 良-差 良-差 良
良-一般 良 良-一般 良 优 优 优
良 良 一般
良-一般 良 一般-差 一般-差
异种材料的焊接:在焊接异种材料时,两材料之间的熔点差不应超过22℃,分子结构应相似。 各种塑料的超声波焊接相容性
超声波塑料焊接机由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。 1、气动传动系统
包括有:过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。工作时首先由空压机驱动冲程气缸,以带动超声换能器振动系统上下移动,动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。
2、控制系统
控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是:一是控制气压传动系统工作,使其焊接时在定时控制下打开气路阀门,气缸加压使焊头下降,以一定压力压住被焊物件,当焊接完后保压一段时间,然后控制系统将气路阀门换向,使焊头回升复位;二是控制超声波发生器工作时间,本系统使整个焊接过程实现自动化,操作时只启动按钮产生一个触发脉冲,便能自动地完在本次焊接全过程。整个控制系统的顺序是:电源启动一触发控制信号气压传动系统,气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作,发射超声并保持一定焊接时间 去除超声发射 继续保持一定压力时间退压,焊头回升 焊接结束。
3、超声波发生器
(1)功率较大的超声波塑料焊接机,发生器信号采用锁相式频率自动跟踪电路,使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。
(2)功率在500W 以上的超声波塑料焊接机所用发生器采用自激式功率振荡器,也具有一定的频率跟踪能力。
4、超声波焊接机使用的声学系统,主要是有换能器和工具头构成的。 一、打开电源无显示 原因:保险丝熔断 解决方法:
1、 检查功率管是否短路 2、 更换保险丝
二、超声波测试无电流显示 原因: 1、 功率管烧毁 2、 高压电容烧毁
3、继电器控制线路部分有故障 解决方法:更换相关烧毁零件 三、起声波测试电流偏大、过载 原因: 1、 焊头没锁紧或有裂纹
2、 若不带焊头,电流大,此换能器或二级杆老化或有裂纹 二、3、 功率管特性有变异或烧毁 4、 功率放大电路部分有故障 解决方法:更换相关零件 四、焊接时电流偏大、过载 原因: 1、 气压偏高
2、 焊头过大,冲击电流大 3、 触发压力高,延迟时间长 4、 二级杆变比偏高 解决方法: 1、 调低气压
2、 使用较大功率机型
3、 调低触发压力,减少延迟时间 三、4、 换用低倍数二级杆
五、触发触发开关焊头不落 原因: 1、 急停开关未复位
2、 触发开关不能同时触发或其中一个接触不良 3、 程序控制板有问题 解决方法:
1、 将急停开关复位
2、 检测使两个触发开关能同时触发
3、 检测程序板排除故障,一般为IC 问题
六、触发触发开关后,超声时间非常长或者保压时间非常长 原因:焊接时间或保压时间波段开关断路
解决方法:调整波段开关触点,使之接触良好 七、触发触发开关后,超声波不能触发 原因:
1、 压力触发开关损坏 2、 程序板有问题 解决方法: 1、 更换压力触发开关或小弹簧
2、 检测程序板排除故障,一般为IC 问题 四、
一、超声波金属焊接机的工作原理:当超声波发生器施加功率于换能器,换能器的振动通过变幅杆得到机械振幅放大,并传到工具头;强烈的超声振动力在垂直压力作用下加
到被焊物上,使两金属间产生高频摩檫。换言之,由于超声振动力和垂直压力的共同作用的结果,使该被焊区域内金属原子互相扩散,或在相互接近状态下进行固态接合,从而使两金属焊面发生了连接。
二、适用范围:超声波金属焊接是一种环保、节能、高效、高可靠性的焊接方法,可广泛的应用于铜、铝、镍等金属材料的线、带、片、网、箔等形状的不同工艺的焊接。 五、
在超声波焊接机机器使用下,对于有故障的超声波塑焊机,不应急于动手,应先询问产生故障的前后
经过及故障现象。对于不是很熟悉的超声波塑焊机,还应先熟悉电路原理
和结构特点,遵守相应规则。拆卸前要充分熟悉每个电气部件的功能、位置、连接方式以及与周围其他器件的关系,在没有组装图的情况下,应一边拆卸,一边画草图,并记上标记。 先外部后内部 应先检查所维修的超声波设备有无明显的维修历史、超声焊接时的状况,超声波模具的温度,使用年限等,然后再对机内进行检查。拆前应排队周边的故障因素,确定为机内故障后才能拆卸,否则,超声波点焊机盲目拆卸,可能将设备越修越坏。 先机械后电气 首先你要先排除超声波模具方面的问题后,再进行电气方面的检查。检查电路故障时,应利用检测仪器寻找故障部位,确认无接触不良故障后,再有针对性地查看线路与机械的运作关系,以免误判。 先静态后动态 在塑料焊接机设备未通电时,判断电气设备按钮、接触器、继电器以及保险丝的好坏,从而判定故障的所在。通电试验,听其声、触摸、测参数、判断故障,最后进行维修。 先清洁后维修超声波焊接机 对污染较重的电气设备,先对其按钮、接线点、接触点进行清洁,检查外部控制键是否失灵。许多故障都是由脏污及导电尘块引起的,一经清洁故障往往会排除。 根据维修详细知识是由威海华特超声科技有限公司提供,而且对专业生产超声波焊接机和塑料焊接机,拥有技术精湛和经验丰富技术支持。
超聲焊接在20-50kHz 的頻率範圍內發生,其一般振幅範圍爲15-60um.在低達15kHz(較高振幅)的聲頻有時用於較大製件或較軟材料.焊接過程通常在0.5-1.5s 內發生.焊接工藝孌量包括焊接時間,焊頭位置和焊接壓力.超聲焊接設備通常用來焊接中,小尺寸的熱塑性塑膠製件,而很大的製件可用多點焊接.
超聲焊接方法可根據焊接時間或焊縫位置(塌陷距離)或焊接能量控制.也對焊接壓力和冷卻時間提供附加控制.
超聲焊接設備一般不是在20kHz 就是在40kHz 頻率下運行.20kHz裝置更常用.
接頭設計:第一類即最常用的接頭類型,在被連接表面的垂直方向上利用超聲振動.對接和Z 形接合歸入這一類,適用於多數聚合物.第二類超聲焊接接頭包括與接頭表面平行的振動,形成剪切狀態.各種類型的剪切和嵌接歸入第二類.
能量控制囂接點與無定形材料一起使用最佳,圖1所示較大的能量控制囂結可在一些不密閉的半結晶材料中應用.
*剪切接頭 當焊接半結晶聚合物(或其他難以焊接的聚合物)和需要密封接頭號時,一般推薦使 用剪切接。需要高強度,高質量接碚的環形和矩形製件都用剪切接頭。剪切接頭號具有搭接製件壁部分,當
斜坡接合具有30°-60°的角且應該在±1°內裝配。爲附加的熔區材料厚度增加的0.10-0.25mm 的公
圖9 超聲焊接設備可生産鉚焊或各種結構
1- φ≧1.6mm的鉚鉚;2-銷錐觸發熔融;3-φ≧14.0mm的鉚鉚
*標標鉚焊 直徑在1.6-4.0mm 這間的平頭鉚鉚。剛性和柔性的不耐磨熱塑性塑膠推薦使用標標外形。
*半球形鉚焊 直徑小於1.6mm 的鉚鉚建議用在半球形鉚焊上。對耐磨塑膠是合適的。
*溢流式鉚焊 溢流式鉚焊用在要求表面爲平的或隆起的及鎖信製件的厚度被允許使用的應用中。
和附加振幅。
2半結晶聚合物一般更難用超聲能量焊接.增加由焊接體系發射的能量值(即增加振幅);縮短焊頭/製件接觸面與接頭介面間的距離;使用近場超聲焊接技術;使用振幅高達0.05-0.15mm 的焊頭.這些高焊接振幅需要使用鈦焊頭.當需要高強度、密封組裝時,剪切接頭和斜坡接合對半結晶聚合物都適用。
3焊接吸濕性聚合物:模塑後馬上焊接製件(在它定仍是乾燥時);焊接前乾燥製件;焊接前把製件存放在乾燥器內。 振動焊接
振動焊接是摩擦焊接過程,其間被焊接的製件在壓力下磨擦到一起直到生成的磨擦和剪切熱量使頭蚧面達到充分熔融狀態。一旦熔融膜已經形成滲入到足夠深的遝接區域,相對運動停止,在壓力作用下焊縫冷卻並固化。
振動焊接適用幾乎所有的熱塑笥塑膠,往復運動方向上具有允許的無約束運動焊縫的製件,中型或大型製件。
振動焊接的材料因素與超聲焊接類似:無定形材料比半結晶聚合物更適合採用振動焊接的類似。
電磁焊接
電磁焊接(電感焊接)是利用能達到熔化溫度的電感能量連接熱塑性製件的方法。也被稱作特種插入焊接,此間磁致旋光聚合插入物被一個高頻電磁場加熱。
(b) (c) (d)
接觸(電阻)焊
接觸電阻焊 電導線或条带被直接放入接头界面,电线连接在电路中且用电阻损失直接加热。热量通过导热性传递给相邻的塑料材料,因此塑性固体在局部区域软化或溶化。断电后,焊接区或冷却,压力使啮合制件彼此接触。设备要求最低,焊接过程简单且速度快,特别适合于焊接很大的制件。但需要损失加热电线,焊接后电线保留在原位,增加了加工成本,且电线的存在也对成品的焊缝强度有不利影响。 热板焊接
热板焊接(对平型制件),它是用电加热金属模具使被连接塑料制件表面软化的热塑性焊接过程。几乎适用于所有的或大或小的热塑性制件。特别适合焊接较软的半结晶热塑性塑料如PE 或PP。由于不同的模具表面温度能名适用于两种不同的热塑性材料,此工艺最适于焊接不同的材料。热板焊接可达到很高的焊接强度。但此工艺的周期可能相对长,小制件需15s,而很大的制件需几分钟。
舌狀到槽紋接頭 剪切接頭 Z 形接頭
热气焊接
热气焊接是广泛用于连接热塑性型材和片材生产很大制件的焊接方法。适用于需要局部组装的较小的注塑成型制件、热塑性制件的修理及样模制件的制造。用与被焊接制件相同的聚合物品牌生产焊条是重要的 挤出焊接
挤出焊接是由热气焊接发展而来的焊接方法。主要较大片型结构的自动焊接。 粘接
黏合剂可用来连接相同原料聚合物的塑料制件,一般用来边接由不同材料制造的制件。使热固性塑料制件相互连接,或使塑料制件与金属连接。黏合剂的优点包括:
美观、设计灵活; 均匀的应力分布; 能够连接不同的材料;
能够提供大气\水\气体的严密封口; 柔软黏合剂能缓冲振动; 能与薄而软的基材一起使用; 提供电绝缘和热绝缘性。 接头性能不定性; 永久组装; 综合化学过程; 需要干净表面; 没有接头检测; 达到最大强度的时间。
黏合剂的各种局限性:
黏合剂选择
特定应用的黏合剂的选择取决的因素包括:使用环境、应力值、基材表面化学、基材刚性特性、基材热膨胀系数、填缝要求和应用方法。 溶剂粘接
溶剂粘接是可以组装某些热塑性制件的方法,最常用于无定形热塑性塑料制件上。溶剂粘接是形成坚固的无定形热塑性制件密封组装的简单的、相对便宜的方法。溶剂的低黏度要求被粘接制件应该是不弯曲的且用相对紧的公差模制。