热塑性塑料的焊接2.docVIP

热塑性塑料的焊接 6.5.1 引言 许多焊接方法可以广泛用于热塑性制件的相互连接。多数热塑性材料可用下节中描述的一种或几种方法自身熔接。当一个热塑性制件必须与不同材料的热塑性材料制件相连接时，焊接可能仍是可供选择的组装方案。如果热塑性制件必须连接在一个非热塑性制件（如金属制件或热固性聚合物制件）上，不能选择普通的焊接方法，然而，在接头界面上采用连接层或黏合剂的焊接工艺有时被使用。 真正的焊接过程要求高分子链段穿过焊接界面相互扩散和缠结。焊接过程包括表面重新排列、润湿和分子间扩散（图6.94）。溶剂粘接的分子活动性可由溶剂溶胀产生，或用普通热塑性焊接过程的热量。不同的焊接方法以不同的方式产生热能。在热板焊接过程中，热传导主要通过导热性，而在振动方法中，机械能通过表面摩擦和/或黏性消耗转化成热能。对特定的应用，适当的焊接方法的选择取决于诸多因素，如：材料种类、结构要求、审美要求、流体/气体密封要求、制件几何形状/尺寸、公差、设备可利用性和技术经济等。至于连接一个热塑性的组装件选择哪种方法应在制件设计初作出，因为焊接方法对制件设计的要求可能是重要的，且不同焊接方法间差别显著。 通常认为热塑性焊接是不可逆的。少数工艺如感应焊接可生产可逆组装件，尽管期望重复组装时，通常使用搭扣配合或机械紧固件。下面列举的是利用热能提高分子活动性的几种热塑性焊接技术，其工艺将在下面的章节中叙述。本章后面的章节中将分别考察溶剂粘接和黏合剂粘接。 超声（波）焊接 振动焊接 旋转焊接 热板焊接 感应焊接 接触（电阻）焊 热气焊接 挤出焊接 尽管热气焊接技术通常用来焊接塑料管、片或半成品制品面不是注塑成型制件，但此处还是包括了这些内容，因为许多热塑性模塑制件，特别是热塑性汽车盘是用热气焊接技术修复的。另外，热气焊接有时用来制备塑料样模制件。 超音波塑胶熔接原理与应用 6.5.2 超声焊接 焊接热塑性制件的最普通的方法是超声焊接。这种方法被广泛用于焊接汽车工业、仪表工业、医药工业和玩具工业的热塑性模塑制件。这种方法是采用低振幅、高频率（超声）振动能量使表面和分子间摩擦产生焊接相连热塑性制件所需的热量。在这个过程中，其中一个被连接的制件被牢固地安装在固定的夹紧装置内，而相连制件经受垂直于接触面的正弦超声振动，如图6.95所示。 超声焊接在20～50KHz的频率范围内发生，其一般振幅范围为15～60um。在低达15KHz（较高振幅）的声频有时用于较大制件或较软材料。轴向振动通过制件传递到接头界面，制件在压力作用下被安装在一起。接头区域外部和内部的摩擦都产生热量，只在局部熔接点区域使材料软化。一旦适当的熔缝错位成功，超声振动停止，熔缝在压力下便能冷却和固化。焊接过程通常在0.5～1.5s内发生。焊接工艺变量包括焊接时间、焊头位置和焊接压力。超声焊接设备通常用来焊接中、小尺寸的热塑性塑料制件，而很大的制件可用多点焊接。 设备 图6.95所示超声焊接设备由许多制件组成。 发电机 电源将50/60Hz交流电转换成20～40Hz高频电力。 转换器 高频电能被转换成相同频率的高频机械振动。夹在金属块之间的压电变流器一般用作转换器。 机架和压床 刚性机架组装装有转换器、焊头组装件、气压筒和制件夹具。 助力器 助力器是由铝或钛合金制成的半波长共振制件，它使转换器与焊头结合。助力器可作振幅增加仪、振幅降低仪或一个简单的连接棒使用。 焊头 焊头或超声焊极是一个碰撞超声振动工件的半波谐振器。焊头通常用钛、铝或合金钢构成。钛和铝具有所需要的声学性质，而涂钛碳化物和硬质钢改进耐久性。涂钛碳化物常用于高振幅及磨损应用中，而热处理钢适用于高耐久性、低振幅应用，如嵌入。 夹具 夹具把要焊接的制件夹住和固定。被固定的制件也经受来自连接制件的高频振动。夹具可能包含一个缓冲振动和防止制件破坏的聚氨酯衬垫。 控制 超声焊接方法可根据焊接时间或焊缝位置（塌陷距离）或焊接能量控制。也对焊接压力和冷却时间提供附加控制。 图6.95典型的超声焊接设备示意图。 1-气动筒；2-变压器[输入高频电信号，输出高频（超声）机械振动]；3-振幅变压器（增压器焊头）；4-超声正弦轴向振动；5-焊头；6-被焊接的塑料部件；7-支撑和调整的夹具；8-底盘和架； 9-焊头表面振幅 超声焊接设备一般不是在20KHz就在40KHz频率下运行。20KHz装置更常用，然而较高频率下的焊接确实有一些优点。40KHz装置的波长是20KHz体系的一半。因此，可使用较小制件，这一点在空间有限或需要工业自动化时是重要的。较高的频率也降低了所需振幅和由于缓冲制件振动而引起的可能的噪音（在声频下）。这种较低振幅的振动也降低了制件破坏