熱塑性塑料的焊接

熱塑性塑料的焊接
通常認為熱塑性焊接是不可逆的。少數工藝如感應焊接可生產可逆組裝件。至於選擇哪種方法應在製件冇計初作出，因為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彆顯蓍。

熱氣焊接技術通常用來焊接塑料管，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，特彆是熱塑性汽車盤是用熱氣焊接技術修複的，另外熱氣焊接有時用來製備塑料樣模製件。

超聲焊接

焊接熱塑性製件普通的方法是超聲焊接。這種方法是采用低振幅，高頻率(超聲)振動能量使表麵和分子摩擦產生焊接相連墊塑性製件所需的熱量。(正弦超聲振動)

超聲焊接在20-50kHz的頻率範圍內發生，其一般振幅範圍為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，小尺寸的熱塑性塑料製件，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)或焊接能量控製。也對焊接壓力和冷卻時間提供附加控製。

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：在被連接表麵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。**類超聲焊接接頭包括與接頭表麵平行的振動，形成剪切狀態。各種類型的剪切和嵌接歸入**類。

能量控製囂接點與無定形材料一起使用，較大的能量控製囂結可在一些不密閉的半結晶材料中應用。下麵式件用一個粗糙或有紋理的表麵改進。將會提高焊接質量，焊接強度和焊接完成的容易程度。其它許多有紋理的接頭外形也是可行。

溢料問題可通過把溢料汙染槽引入接關設計中而降低，為**，一般溢料槽設計至少10%的過度體積容量。

壓接頭：為了使溢料形成的可能性小，緊壓接頭設計的目的是阻擋熔體或將熔體保持在熔區內。緊壓接頭對半結晶的塑料材料如尼龍是有用的。因為接關結構更複雜，緊壓接關所需的製件配合公差相對嚴格。與三角能量導向囂焊接相比，較大的接頭結構也需要附加振幅和焊接能量。

製件找平簡單對接冇有任何措施解決製件相互找平或對中。製件找平更適於用模塑定位銷或雙頭螺完成。而z形接能自動找平，且在使用時耐拉伸且改進了搞剪切負荷性。並能消除外部溢料。

舌接合不但提供了剪切強度而且提供了拉伸強度。這種接合是自對中的，接合區域的壁厚必須相對大以適應槽舌接合設計。另外，製件公差要求相對嚴。間隔加強筋改善了接頭找平。

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，當接頭被焊接和相互依次嵌入時，搭接部分產生公差和局部剪切。為了促進製件找平，接頭包含了調節部分。為了集中熔融能量，一邊上的阻礙物的頂角在初始接觸麵上降低。因為融化材料的溫度在整個接觸麵上保持一致，製件被焊接時，兩表麵熔融均勻。深度為1.0-2.0mm的使用0.13-0.5mm範圍內的公差值。為了防止在焊接過程中由於公差而產生的外部側壁翹曲，垂直的製件應儘可能淺，但在一邊用剪切製件改進的槽舌接頭可與較深的拉伸製件一起使用，提供中壁接頭，它使由於公差而產生的側壁翹曲小。

斜坡接合具有30°-60°的角且應該在±1°內裝配。為附加的熔區材料厚度增加的0.10-0.25mm的公差產生焊縫和溢料。當從功能或審美上不能接受溢料時，就使用收集器。
帶嵌入密封裝置的焊接用嵌入的彈性密封圈或韌性墊圈也可獲得可靠的密封。如圖7所示接頭製件裝有一個彈性環，以改善用超聲焊接接合可達到的密封**性，或在連續的周邊焊接不可能的情況下使用。

超聲鉚焊

超聲焊接的變異是超聲鉚焊。即把一個熱塑性製件固定在另一個不同材料的製件上的方法。鉚釘或凸台在底部應該有十分大的半徑或圓角，以防裂紋或熔融。為了集中超聲能量，凸台的頂端應該設計成與焊頭的初始接觸小。凸台頂部可以是平的或圓錐形的，半結晶或填充的聚合物以圓錐形的較佳。超聲鉚焊的完整性取決於鉚釘和焊頭之間的容量關係。

標準鉚焊 直徑在1.6-4.0mm這間的平頭鉚釘。剛性和柔性的不耐磨熱塑性塑料推薦使用標準外形。
半球形鉚焊 直徑小於1.6mm的鉚釘建議用在半球形鉚焊上。對耐磨塑料是合適的。
溢流式鉚焊 溢流式鉚焊用在要求表麵為平的或隆起的及鎖信製件的厚度被允許使用的應用中。
空心鉚焊 直徑大於4mm的凸台或鉚釘去芯後可生盲孔凸台。

當齧合製件中不允許有通孔時，超聲焊接設備也能形成機械互鎖。模製塑料鉚釘（與用於鉚焊的類似）和在齧合製件中的盲倒角可形成以公差為基礎（假設帶倒角的製件不融化）的真正的機械接合。

超聲焊接的材料因素 超聲焊接操作適合於多數熱塑性材料。

1無定形聚合物，特彆是室溫下外於玻璃態的無定形物，通常是焊接工藝的好的候選材料。玻璃態無定形聚合物具有良好的透射性能，允許用看近場和遠場焊接技術成功焊接。當材料較軟時，開定形材料的超聲焊接就成問題。如：焊接高衝擊ps將比焊接通用ps一般需要更多能量和附加振幅。

2半結晶聚合物一般更難用超聲能量焊接。增加由焊接體係發射的能量值（即增加振幅）；縮短焊頭/製件接觸麵與接頭接口間的距離;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（在它們仍是乾燥時）；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麵達到充分熔融狀態。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料，往複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用振動焊接的類似。

環形振動焊接 可連接焊區尺寸與焊區到旋轉軸的距離近似相等的製件。

線性振動焊接 用在允許一個方向上線性振動的成套製件上。

接頭 當被連接的整個表麵是平的或稍向平麵外彎曲時，對製件來說振動焊接工藝是理想的。

旋轉焊接

旋轉焊接用來連接具有旋轉對稱接合表麵的製件，它屬磨擦焊接工藝。是連接可大可小的圓柱形熱塑性塑料製件的有效的工藝。用旋轉焊接技術組裝的製件常常具有與周邊垂直的連接板等特征。它的生要加工變量是相對剪切速率、焊接壓力和焊接時間。旋轉焊接的接頭強度取決於材料、接頭設計和所用的加工條件；多數熱塑性塑料可達到強的氣密封接焊縫。旋轉焊接對透射性能不好的材料特彆合適。

電磁焊接

電磁焊接（電感附櫻┦搶媚艽鐧餃芻露鵲牡綹心芰苛尤人苄災萍姆椒āＲ脖懷譜魈刂植迦牒附櫻思浯胖灤餼酆喜迦胛銼灰桓齦咂檔緔懦〖尤取?br>焊接材料一般是磁致旋光的填充聚合物，它是由和製件材料相同的聚合物或兼容的聚合物製造的。這種強磁性填充聚合物包括細分散的、微米尺寸的鐵粒子、氧化鐵粒子、不鏽鋼粒子或其它磁性物質，它們成為電磁能的靶子。按體積計算的強磁性粉的裝填量通常少於15%當施加在製件上的力在焊接接頭處產生剪切時，焊縫結實。實際中常用的接頭是槽舌接頭和Z形接合。感應焊接需要使 用具有附加成本的嵌入焊接材料，且很不適合與含有電磁敏感零件的製件。

接觸（電阻）焊

接觸電阻焊電導線或條帶被直接放入接頭界麵，電線連接在電路中且用電阻損失直接加熱。熱量通過導熱性傳遞給相鄰的塑料材料，因此塑性固體在局部區域軟化或溶化。斷電後，焊接區或冷卻，壓力使齧合製件彼此接觸。設備要求低，焊接過程簡單且速度快，特彆適合於焊接很大的製件。但需要損失加熱電線，焊接後電線保留在原位，增加了加工成本，且電線的存在也對成品的焊縫強度有不利影響。

熱板焊接

熱板焊接（對平型製件），它是用電加熱金屬模具使被連接塑料製件表麵軟化的熱塑性焊接過程。幾乎適用於所有的或大或小的熱塑性製件。特彆適合焊接較軟的半結晶熱塑性塑料如PE或PP。由於不同的模具表麵溫度能名適用於兩種不同的熱塑性材料，此工藝適於焊接不同的材料。熱板焊接可達到很高的焊接強度。但此工藝的周期可能相對長，小製件需15s，而很大的製件需幾分鐘。

熱氣焊接

熱氣焊接是廣泛用於連接熱塑性型材和片材生產很大製件的焊接方法。適用於需要局部組裝的較小的注塑成型製件、熱塑性製件的修理及樣模製件的製造。用與被焊接製件相同的聚合物品牌生產焊條是重要的

擠出焊接

擠出焊接是由熱氣焊接發展而來的焊接方法。主要較大片型結構的自動焊接。

粘接

黏合劑可用來連接相同原料聚合物的塑料製件，一般用來邊接由不同材料製造的製件。使熱固性塑料製件相互連接，或使塑料製件與金屬連接。黏合劑的優點包括：

美觀、設計靈活；
均勻的應力分布；
能夠連接不同的材料；
能夠提供大氣\水\氣體的嚴密封口；
柔軟黏合劑能緩衝振動；
能與薄而軟的基材一起使用；
提供電絕緣和熱絕緣性。
黏合劑的各種局限性：
接頭性能不定性；
長久組裝；
綜合化學過程；
需要乾淨表麵；
冇有接頭檢測；
達到大強度的時間。

黏合劑選擇

特定應用的黏合劑的選擇取決的因素包括：使用環境、應力值、基材表麵化學、基材剛性特性、基材熱膨脹係數、填縫要求和應用方法。

溶劑粘接

溶劑粘接是可以組裝某些熱塑性製件的方法，常用於無定形熱塑性塑料製件上。溶劑粘接是形成堅固的無定形熱塑性製件密封組裝的簡單的、相對便宜的方法。溶劑的低黏度要求被粘接製件應該是不彎曲的且用相對緊的公差模製。