塑料焊接方法及其特點(diǎn)比較

塑料焊接方法及影響因素

相信很多人在聽(tīng)到塑料焊接的時(shí)候并不會(huì)覺(jué)得不可思議，我們都知道金屬焊接是因?yàn)榻饘俚娜埸c(diǎn)很高，塑料相對(duì)來(lái)說(shuō)熔點(diǎn)并不高，焊接技術(shù)是如何進(jìn)行的呢。當(dāng)然，塑料焊接不同于金屬焊接，雖然它們都是利用熔化結(jié)合的原理，但是所使用的焊接機(jī)械是不一樣的。

可以焊接的塑料通常包括PE、PP，尼龍、PET等材料。目前塑料焊接方法使用較多的是外部加熱源焊接，機(jī)械方式，電磁作用這三大類方式進(jìn)行焊接。

外部加熱源焊接方式具體包括熱板焊接，熱風(fēng)焊接，熱棒焊接，脈沖焊接等；

機(jī)械焊接方式包括超聲波焊接、摩擦焊接、振動(dòng)焊接；

電磁作用焊接方式包括：激光焊接、感應(yīng)焊接、高頻焊接等。

焊接方法，沒(méi)有更好，只有合適。

影響焊接效果的因素

關(guān)于塑料焊接，我們需要考慮到影響焊接質(zhì)量的因素才能得到較好的焊接效果。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，并不是所有的塑料材料都可以進(jìn)行焊接，能夠被焊接的塑料均屬于熱塑性塑料，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，所以母體材料越相近，焊接效果越好。

在進(jìn)行焊接時(shí)，壓力、時(shí)間、吸熱量（熔融量）是確保焊接質(zhì)量的三要素。
1.壓力
對(duì)焊接表面施加適當(dāng)?shù)膲毫?，焊接材料將由彈性向塑性過(guò)渡，還可以促進(jìn)了分子相互擴(kuò)散并擠去焊縫中的殘余空氣，從而增加焊接面密封性能。
2.時(shí)間
要有適當(dāng)?shù)臒崛蹠r(shí)間和足夠的冷卻時(shí)間。當(dāng)熱功率一定時(shí)，時(shí)間不夠會(huì)出現(xiàn)虛焊，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成焊件變形，熔渣溢出，有時(shí)還會(huì)在非焊接部位出現(xiàn)熱斑（變色）。必須保證焊接面吸收足夠的熱量達(dá)到充分熔融的狀態(tài)，才能保證分子間充分?jǐn)U散融合，同時(shí)必須保證足夠的冷卻時(shí)間使焊縫達(dá)到足夠的強(qiáng)度。
3.熔融量
熱熔時(shí)間和熱功率協(xié)調(diào)調(diào)整才會(huì)的到最恰當(dāng)?shù)娜廴诹?，保證足夠的分子間融合，消除虛焊的現(xiàn)象。除了焊接設(shè)備和操作人員技能水平外，來(lái)之于塑料內(nèi)部或外部的各種因素，對(duì)焊接質(zhì)量有一定的影，應(yīng)當(dāng)引起重視。

材料本身的因素包括：

塑料的吸濕性
如果焊接潮濕的塑料制品，內(nèi)含的水分會(huì)在受熱后化為蒸汽跑出而在焊面上出現(xiàn)氣泡，使焊接面密封性能減弱。吸濕較為嚴(yán)重的材料有 PA 、 ABS 、 PMMA 等。用這些材料做的制品，焊前必須進(jìn)行干燥處理。

塑料中的填充物
如玻璃纖維、滑石粉、云母等，它們改變了材料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接質(zhì)量有很大的關(guān)系。填充物含量低于20%的的塑料可以正常進(jìn)行焊接，不需要進(jìn)行特殊的處理。填充物含量超過(guò)30%時(shí)，由于表面塑料比例不足，分子間融合的不夠，會(huì)降低密封性。

焊接面的清潔
焊接表面必須清潔沒(méi)有雜質(zhì)，才能保證足夠的焊接強(qiáng)度和氣密性。
在選取正確的可焊接的材料和排除了影響焊接效果的不利因素外，還要根據(jù)材料種類和制品形狀、成本的的高低采取適當(dāng)?shù)暮附臃椒?。按所采用的加熱軟化方式的不同，塑料焊接方法可分為通過(guò)外加熱源軟化、通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式軟化、種和通過(guò)電磁作用軟化幾種。

下面介紹這幾種焊接方法及其特點(diǎn)：

一般來(lái)說(shuō)，塑料焊接方法可分為：通過(guò)外加熱源軟化、通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式軟化、和通過(guò)電磁作用軟化幾種。

外加熱源焊接
是一種通過(guò)外部加熱源軟化工件完成焊接的方法。
通過(guò)外加熱源方式軟化的焊接技術(shù)有以下幾種：熱板焊接、熱風(fēng)焊接、熱棒和脈沖焊接。

熱板焊接

熱板焊接主要適應(yīng)焊接同類熱塑性塑料，同種塑料的熔化溫度容易控制，對(duì)加熱板的溫度控制一致比較容易，簡(jiǎn)化了加熱板的制造難度；對(duì)不同類型的塑料焊接時(shí)，兩塑料之間溫度有差異的影響，對(duì)加熱板的制造和加工增加了一定的難度，也會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不足的現(xiàn)象。"
可能是最簡(jiǎn)單的塑料焊接技術(shù)，但這種方式特別適合于需要大面積焊接面的大型塑料件的焊接，一般是用平面電熱板將需焊接的兩平面熔融軟化后迅速移去電熱板合并兩平面并加力至冷卻。
這種方法焊接裝置簡(jiǎn)單，焊接強(qiáng)度高，制品、焊接部的形狀設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易。但由熱板產(chǎn)生的熱量使制品軟化，周期較長(zhǎng)；熔融的樹(shù)脂會(huì)粘附到電熱板上且不易清理（電熱板表面涂F4可減輕這種現(xiàn)象），時(shí)間長(zhǎng)了形成雜質(zhì)影響粘接強(qiáng)度；需嚴(yán)格控制壓力和時(shí)間保證適當(dāng)?shù)娜廴诹?；?dāng)不同種類的樹(shù)脂或金屬與樹(shù)脂相接合時(shí)，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不足的現(xiàn)象。

熱板焊接技術(shù)是一種通過(guò)加熱、高溫或者高壓的方式將兩者連接到一起，形成一個(gè)整體。尤其是金屬制品，它們質(zhì)地堅(jiān)硬，用其他連接方式無(wú)法將兩部分牢固的粘接在一起，這就要靠焊接技術(shù)。相信很多人都看過(guò)金屬制品的焊接，但是塑料焊接大家就鮮少看見(jiàn)。其實(shí)塑料焊接也是一種非常成熟的焊接技術(shù)，它是將兩部分塑料制品通過(guò)技術(shù)熔融結(jié)合在一起。

熱風(fēng)焊接
當(dāng)熱風(fēng)氣流直接吹向接縫區(qū)時(shí)，導(dǎo)致接縫區(qū)和與母材同材質(zhì)的填充焊絲熔化。通過(guò)填充材料與被焊塑料熔化在一起而形成焊縫。這種焊接方法焊接設(shè)備輕巧容易攜帶，但對(duì)操作者的焊接技能要求比較高。

熱棒和脈沖焊接
這兩項(xiàng)技術(shù)主要用在連接厚度較小的塑料薄膜的焊接。并且這兩種方法相似，都是將兩片薄膜緊壓在一起，利用熱棒或鎳鉻絲產(chǎn)生的瞬間熱量完成焊接。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)焊接

機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式焊接是一種全自動(dòng)焊接過(guò)程，是一種通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式軟化工件完成焊接的方法。都需要專用焊接設(shè)備。一旦確定了正確的焊接參數(shù)，操作工即可穩(wěn)定生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是：快速、靈活、焊接過(guò)程穩(wěn)定且不需焊劑或保護(hù)氣體，也不產(chǎn)生有害氣體或熔渣，產(chǎn)品焊接質(zhì)量有保證。
采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式軟化完成的焊接技術(shù)有：摩擦焊接、超聲波焊接。

按運(yùn)動(dòng)軌道可分為直線型和旋轉(zhuǎn)型
直線型可用于直線焊縫的焊接和平面焊接的焊接，旋轉(zhuǎn)型可用于圓形焊縫的焊接。在利用壓力下的兩部分在摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱量使接觸部分的塑料熔融軟化，對(duì)正固定直到凝結(jié)牢固。
振動(dòng)焊接：使用幾乎所有的熱塑性塑料。適合于焊接注射模壓成型或壓制成型的工程熱塑性塑料，還可以焊接含氟聚合物、聚酯彈性體等超聲波不能焊接的塑料。
金屬摩擦焊接的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化；用一種材料焊接時(shí)，其接頭性能好，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。摩擦焊技術(shù)適用范圍廣，可焊接汽車半軸、氣門、安全氣囊、渦輪增壓器、連身齒輪、連軸齒輪、等速萬(wàn)向節(jié)、前懸架等。

超聲波焊接
超聲波焊接就是使用高頻機(jī)械能軟化或熔化接縫處的熱塑性塑料。被連接部分在壓力作用下固定在一起，然后再經(jīng)過(guò)頻率通常為20或40千赫的超聲波振動(dòng)，換能器把大功率振動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)械能，施加于所需焊接的塑料件的接觸界面，焊件接合處劇烈摩擦瞬間產(chǎn)生高熱量，從而使分子交替熔合，從而達(dá)到焊接效果。
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/熱塑性的塑料材料都可以采用超聲波焊接，尤其適合于焊接剛性較大的塑料材料。
超聲波焊接過(guò)程很快，焊接時(shí)間不到一秒，并且很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在電子、電器、汽車零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工藝品、化妝品等各個(gè)行業(yè) 廣泛應(yīng)用。

電磁作用焊接

電磁作用焊接，感應(yīng)焊接是一種非?？焖俸投鄻踊暮附臃椒ǎ瑢?duì)所有的熱塑性塑料有效,焊接強(qiáng)度在多數(shù)情況下都能符合使用要求。其缺點(diǎn)是：設(shè)備的投資高和焊接強(qiáng)度不如其他焊接方法的高。選擇使用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。
是一種通過(guò)電磁作用軟化表面的焊接方法。
采用電磁作用軟化表面的焊接技術(shù)：
高頻焊接、紅外線焊接、激光焊接。

高頻焊接
高頻焊接是利用電磁感應(yīng)原理高頻感應(yīng)加熱技術(shù)，穿透塑料制品對(duì)埋藏于塑料件內(nèi)部的感應(yīng)體或磁性塑料產(chǎn)生感應(yīng)加熱，被焊塑料在快速交變電場(chǎng)中可以產(chǎn)生熱量而使需焊接部位迅速軟化熔融，繼而填充接口間隙，并以完善的機(jī)械裝置輔助達(dá)到完美焊接。產(chǎn)生高頻感應(yīng)的最為常用的方法是，利用高頻電流通過(guò)線圈，從而得到一個(gè)強(qiáng)大的高頻磁場(chǎng)。感應(yīng)體（即發(fā)熱體）一般為鐵、鋁、不銹鋼等材料，但也使用通過(guò)添加磁性物質(zhì)加工而成的磁性復(fù)合塑料。通過(guò)這種方法焊接制作的產(chǎn)品包括文具夾，可充氣物品，防水衣和血袋等等。
高頻塑料焊接，用于普遍的塑膠塑料，皮革，布料的熱合焊接，定位準(zhǔn)確，性能良好靈活，用于較小的產(chǎn)品加工，生產(chǎn)效率高，操作使用簡(jiǎn)便。

紅外線焊接
這項(xiàng)技術(shù)類似于電熱板焊接，將需要焊接接的兩部分固定在貼近電熱板的地方但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下，連接部分被熔融，然后移去熱源，將兩部分對(duì)接，壓在一起完成焊接。這種方式不產(chǎn)生焊渣、無(wú)污染，焊接強(qiáng)度大，主要用于 PVDF 、 PP 等精度要求很高的管路系統(tǒng)的連接。

激光焊接
20世紀(jì)70年代，激光開(kāi)始被應(yīng)用到塑料焊接上。它的原理是將激光器產(chǎn)生的光束（通常存在于電磁光譜紅外線區(qū)的集束強(qiáng)輻射波）通過(guò)反射鏡、透鏡或光纖組成的光路系統(tǒng)，聚焦于待焊接區(qū)域，形成熱作用區(qū)，在熱作用區(qū)中的塑料被軟化熔融，在隨后的凝固過(guò)程中，已融化的材料形成接頭，待焊接的部件即被連接起來(lái)，通常用于PMMA、PC、ABS、LDPE、HDPE、PVC、PA6、PA66、PS等透光性好的材料，在熱作用區(qū)添加碳黑等吸收劑增強(qiáng)吸熱效果。塑料激光焊接的優(yōu)點(diǎn)較多：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。因此，塑料激光焊接技術(shù)在汽車、醫(yī)療器械、包裝等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。
激光焊接塑料的優(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(lái)；在焊接過(guò)程中樹(shù)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(lái)；擅長(zhǎng)焊接具有復(fù)雜外形的制品；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。

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