POM焊接机 热塑性塑料的8种焊接

一般认为热塑性焊接不可逆。少数工艺，如感应焊接，可以生产可逆组件。至于选择哪种方法，应该在产品设计之初就做好。因为焊接方法对零件的设计可能很重要，不同的焊接方法有显著的差异。

1.超声波焊接；

2.振动焊接；

3.旋转焊接；

4.电磁焊接；

5.接触焊接；

6.热板焊接；

7.热气焊接；

8.挤压焊接；

9.溶剂粘合。

超声波焊接

焊接距离

短距离焊接是指焊接位置与焊头接触位置之间的距离小于6mm，焊接距离大于6mm。当塑料零件被转移时，超声波焊接中的能量将被衰减。低硬基塑料的衰减也很严重，因此在设计过程中应特别注意将足够的能量传递到加工区域。

长距离焊接适用于硬质胶黏剂，一些半结晶塑料也可以通过适当的形状设计进行长距离焊接。

超声波焊接机的工作原理

由振荡电路振荡高频信号通过换能器转换成机械能，通过焊接头传导到塑料工件上，使塑料工件的结合面以每秒数十万次的振动外加压力剧烈摩擦熔化。振动停止后，工件上保持的短压力通过分子链接使两个焊件固化为一体。

焊接时间一般小于1秒，获得的焊接强度与车身相当。超声波塑料焊接机可用于热塑性塑料的对接焊接，以及铆接、点焊、嵌入和切割。根据产品的外观设计模具的尺寸和形状。

焊接材料的特性

适用于超声波的材料:ABS、亚克力、PC、PS、SAN、PVC、丙烯酸等无定形聚合物。

不适合超声波的材料:半晶体如PP、PP、PA。

各种热塑性塑料的超声波焊接性:

异种材料的焊接:焊接异种材料时，两种材料的熔点差不应超过22℃，分子结构应相似。

各种塑料的超声波焊接；

超声波塑料焊接机由气动传输系统、控制系统、超声波发生器、换能器、工具头和机械装置组成。

1.气动传输系统

包括:疏水阀、减压阀、油雾消除器、换向器、节流阀、气缸等。工作时，行程气缸由空压力机驱动，带动超声换能器振动系统上下运动，中小功率超声焊接时根据焊接要求调节动态气压。

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。主要功能如下:首先控制气动传动系统工作，使气动阀在焊接时定时控制打开，气缸向下给焊头加压，以一定的压力压住被焊物体，并在焊接后保持一段时间的压力，然后控制系统反转气动阀使焊头上升并复位；二是控制超声波发生器的工作时间。该系统使整个焊接过程自动化。操作时，只需启动按钮产生触发脉冲，即可自动完成整个焊接过程。

整个控制系统的顺序如下:电源启动触发控制信号的气动传输系统，气缸加压焊头下降压焊触发超声波发生器工作，发射超声波并保持一定的焊接时间，解除超声波发射并保持一定的压力时间减压，焊头拾起并完成焊接。

3.超声波发生器

对于大功率的超声波塑料焊接机，发生器信号采用锁相频率自动跟踪电路，使发生器的输出频率与换能器的谐振频率基本一致。

功率500W以上的超声波塑料焊接机所用的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.超声波焊机的声学系统主要由换能器和工具头组成。

超声波焊接发生在20-50Hz的频率范围内，其一般振幅范围为15-60um。低至15千赫兹的音频有时用于较大的零件或较软的材料。焊接过程通常在0.5-1.5s内进行..焊接工艺变量包括焊接时间、焊头位置和焊接压力。超声波焊接设备通常用于焊接中小型热塑性零件，而大型零件可以在多个点进行焊接。

超声波焊接方法

可以根据焊接时间或焊接位置或焊接能量进行控制，还可以对焊接压力和冷却时间进行额外控制。

超声波焊接设备一般工作在20kHz或40kHz，20kHz设备更常用。

接头设计:第一种类型是最常用的接头类型，在连接面的垂直方向分为超声振动、对接和Z型接头，适用于大多数聚合物。

第二种超声波焊接接头包括平行于接头表面的振动，形成剪切状态。各种类型的剪切和拼接属于第二类。

能量控制器结最好与非晶材料一起使用。图1所示的较大能量控制器结可用于一些未密封的半晶体材料。

用于无定形和半结晶聚合物的能量导管的近似尺寸

上图所示的焊接接头是对普通能量控制接头设计的独特改进。下面的公式是用粗糙或有纹理的表面改进的。它将提高焊接质量、焊接强度和焊接完成的容易程度。许多其他纹理关节形状也是可能的。

通过在连接设计中引入溢流污染罐，可以减少溢流问题。为安全起见，溢流槽通常设计有至少10%的过量容积。

*压接:为了将飞边形成的可能性降至最低，压接设计的目的是阻挡熔体或将熔体保持在熔体区。压缩接头适用于半结晶塑料材料，如尼龙。因为闭合结构比较复杂，所以按压闭合所需零件的配合公差比较严格。与三角形能量导向焊接相比，较大的接头结构还需要额外的振幅和焊接能量。典型的压缩焊接几何如图2所示。

图2典型超声波压焊结构

零件调平-没有措施解决简单对接中零件的相互调平或对中。零件的调平更适合用成型定位销或双头螺钉完成，而Z型接头可以自动调平，使用时耐拉伸，提高剪切载荷，消除外部溢出。

图3超声波焊接工艺的典型Z形接头设计

焊接前的Z型接头；焊接后的Z型接头；改善

z型关节:附着在台阶上的肩部掩盖了不均匀性，从而改善了外观。

*开槽榫舌接头不仅提供抗剪强度，还提供抗拉强度。这种接头是自定心的，接头区域的壁厚必须相对较大，以适应榫舌接头设计。此外，零件的公差要求相对严格，间距加劲肋提高了接头调平。

振动焊接

振动焊接是一种摩擦焊接工艺，在此工艺中，被焊接的零件在压力下摩擦在一起，直到产生的摩擦和剪切热使头部表面完全熔化。一旦熔融膜形成并渗透到足够深的堆叠区域，相对运动停止，焊缝在压力下冷却并固化。

振动焊接适用于几乎所有热塑性塑料、往复方向允许无限制移动焊缝的零件、中型或大型零件。

振动焊接的材料因素与超声波焊接相似:非晶态材料比半晶态聚合物更适合振动焊接。

环振动焊接:可以连接焊接区尺寸约等于焊接区与旋转轴之间距离的零件。

线性振动焊接:用于允许单向线性振动的成套零件。

接头:当待连接的整个表面平整或略弯曲出平面时，振动焊接工艺对零件最理想。

图4振动焊接的典型接头设计

焊接前的标准对接接头；焊接后的标准对接接头；收集改进的对接接头1-带闪光的焊接设备槽；2-单平面分模线；3-焊接闪光；4-带闪光收集器的接头

旋转焊接

旋转焊接用于连接具有旋转对称接合面的零件，属于摩擦焊工艺，是连接大尺寸或小尺寸圆柱形热塑性零件最有效的工艺。

采用旋转焊接技术装配的零件往往具有连接板垂直于周边的特点。其主要工艺变量是相对剪切速率、焊接压力和焊接时间。旋转焊接的接头强度取决于所用的材料、接头设计和加工条件。大多数热塑性塑料可以实现牢固的气密性焊缝。旋转焊接特别适用于传动性能差的材料。

电磁焊接

电磁焊接是一种利用可达到熔化温度的感应能量来连接热塑性零件的方法。也称为特殊嵌件焊接，磁光活性聚合物嵌件由高频电磁场加热。

焊接材料通常是填充有磁性旋转的聚合物，由与零件相同的聚合物或相容的聚合物制成。这种铁磁填充聚合物包括精细分散的微米级铁颗粒、氧化铁颗粒、不锈钢颗粒或其他磁性物质，它们将是电磁能量的目标。铁磁粉的体积装药量通常小于15%。当施加在工件上的力在焊接接头处产生剪切时，焊缝最强。在实践中，最常用的接头是槽舌接头和Z形接头。感应焊接需要额外成本的嵌入式焊接材料，不适用于含有电磁敏感部件的零件，如金属嵌件。

图5电磁焊接的典型接头结构

平对槽接头舌对槽接头剪切接头 Z接头

接触焊接

电线或条带直接放入接头接口，电线连接在电路中，通过电阻损耗直接加热。热量通过热传导传递到邻近的塑料材料，因此塑料固体在局部软化或熔化。断电后，焊接区域可能会冷却，压力会使接合部件相互接触。

设备要求最低，焊接工艺简单快捷，特别适合焊接大型零件。但电热丝需要损耗，焊接后焊丝还留在原位，增加了加工成本，焊丝的存在也对成品的焊接强度产生不利影响。

热板焊接

热板焊接是一种热塑性焊接工艺，通过电加热金属模具来软化连接的塑料零件的表面。它适用于几乎所有的热塑性产品，特别是焊接软半结晶热塑性塑料，如聚乙烯或聚丙烯。

因为不同的模具表面温度适用于两种不同的热塑性材料，所以这种工艺最适合焊接不同的材料。热板焊接可以达到很高的焊接强度。但是这个过程的周期可能比较长，小零件15s，大零件几分钟。

热气焊接

热气体焊接是一种广泛用于连接热塑性型材和板材以生产大型零件的焊接方法。适用于小型注塑件、热塑性塑料件的修复和需要局部组装的样件制造。生产与焊接零件具有相同聚合物品牌的电极非常重要。

挤压焊接

挤压焊接是由热气体焊接发展而来的一种焊接方法。大型结构的自动焊接

溶剂粘合

粘合剂可用于连接相同原料聚合物的塑料部件，通常用于连接不同材料制成的部件。将热固性塑料部件相互连接或塑料部件与金属连接。

粘合剂的优点包括:

设计美观灵活；应力分布均匀；能够连接不同的材料；能对大气水气提供严密的密封；软胶可以缓冲振动；可用于薄而软的基材；提供电绝缘和隔热。

粘合剂的各种限制:

联合履行的不确定性；永久集会；综合化学工艺；需要清洁的表面；没有联合检查；达到最大强度的时间。

粘合剂选择

具体应用的胶粘剂选择取决于多种因素，包括:应用环境、应力值、基材表面化学、基材刚性特性、基材热膨胀系数、接缝填充要求和应用方法。

溶剂粘合

溶剂粘合是一种组装一些热塑性零件的方法，最常用于无定形热塑性零件。溶剂粘合是形成用于密封组件的固体无定形热塑性部件的简单且相对便宜的方法。溶剂的低粘度要求待粘合的零件应伸直，并以相对严格的公差进行模塑。