一,概述
塑料是非金屬,是人造的有機(jī)材料,是一種或多種大分子量的聚合物為主要成分。塑料的直接產(chǎn)品是固態(tài)或液態(tài)的樹脂,其通常被加工成粉狀、粒狀或糊狀等形成的塑料母料,并在其中摻入一定量的添加劑,然后再在較高溫度或壓力條件下被加工成塑型材或塑料制品。其持點(diǎn)是重量輕、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、成形方便、成本低、制造周期短等,大多數(shù)的塑科材料是可燃的,其膨脹系數(shù)大約是鋼的4倍。
根據(jù)塑料化學(xué)成分、性態(tài)及溫度作用,其通常分為兩大類:熱塑性塑料和熱固性塑料,塑料的焊接其實(shí)就是指熱塑性塑料的焊接;熱塑性塑料還可分為結(jié)晶型和非結(jié)晶型塑料兩類,由于塑料結(jié)晶是不完全的,所以結(jié)晶型塑料也常稱作半晶態(tài)塑料(如PE、PP、PA、POM等),而非結(jié)晶型塑料也稱作無(wú)定型塑料(如PVC、PS、PMMA、PC、ABS等),非結(jié)晶型塑料通常要比結(jié)晶型塑料容易焊接。根據(jù)產(chǎn)量和應(yīng)用情況,塑料又可分為:通用塑料(指產(chǎn)量高價(jià)挌低應(yīng)用廣的塑料)、工程塑料(指強(qiáng)度、剛度、韌性均好且具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐輻射等性能)和功能塑料(能滿足特殊功能和要求的塑料)??偟膩?lái)說塑料焊接難不大,本文主要講述熱氣焊。
二,塑料焊接
熱塑性塑料的焊接通常分五步進(jìn)行:①表面制備,表面制備非常重要,因?yàn)榇蟛糠帜撼尚蔚乃芰现破菲浔砻婢幸粚用撃┗蛭畚?,必須清理干凈,才能使焊接順利進(jìn)行。②加熱,有多種加熱方法,也是區(qū)分不同焊接方法的主要依據(jù)。③加壓,施加壓力的方式有:手工加壓、壓力機(jī)加壓、自動(dòng)夾具加壓等。焊接時(shí)通常同時(shí)進(jìn)行壓花。④擴(kuò)散或焊接,液體與液體界面_經(jīng)建立,擴(kuò)散就立即進(jìn);對(duì)于結(jié)晶或半結(jié)晶材料擴(kuò)散幾乎是瞬時(shí)完成的;對(duì)于非結(jié)晶材料,如果加熱溫度是稍高于熔點(diǎn),則擴(kuò)散時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。⑤冷卻,塑料焊接最后一步是焊件冷卻和接頭凝固。在塑料焊接接頭沒有達(dá)到足夠支撐整個(gè)焊件的強(qiáng)度和剛度之前,必須一直維持焊接壓力。
三,塑料焊接方法
1,熱氣焊
①熱氣焊是利用焊槍噴出的熱空氣或氮?dú)鈱?duì)塑料焊件和塑料焊條進(jìn)行加熱,使焊條填充到連接部位后加熱連接表面,冷卻后形成接頭。
②熱氣焊在各種塑料焊接方法中,歷史最長(zhǎng),應(yīng)用最廣,是“萬(wàn)能焊”。
③焊接接頭強(qiáng)度高,特別適用于大型結(jié)構(gòu)的連接。對(duì)于厚板塑料焊接需開坡口,進(jìn)行多層多道焊接,坡口形式有V型、X型等。
④焊接速度比較慢,需要焊槍、焊嘴、氣源、填充焊條。其中焊條的截面形狀有多種多樣,常見是形狀有圓形、矩形、繩形、D形、B形等,直徑2~8mm。
⑤熱氣焊通常溫度為200~400℃,流速15~70L/min。典型塑料品種熱氣焊的溫度范圍:PVC 210± ;PP 220±20;PMMA 250±10;PC 330±10;POM 230±10。具體準(zhǔn)確溫度要試焊測(cè)試后最終確定。
⑥熱氣擺動(dòng)焊,擺動(dòng)熱氣噴口,分別對(duì)被焊基體和焊條加熱,焊條在一定的手持頂緊力下熔化,進(jìn)而焊入焊縫,逐漸形成接頭,是最常用的手工焊法。
⑦熱氣嵌入焊,焊條先被引進(jìn)焊槍頭部并被預(yù)熱塑化,自然溶嵌進(jìn)焊縫;通過焊槍頭的設(shè)計(jì)或其他專用工具,可以根據(jù)焊縫的形式,手功施加一定的焊接壓。
⑧熱氣搭接焊,用熱氣對(duì)塑料的搭接縫隙進(jìn)行加熱,并用手壓或機(jī)械裝置對(duì)焊接區(qū)施加壓力,從而實(shí)現(xiàn)焊,熱氣搭接焊一般不需要焊條,自熔即可。
⑨熱氣擠塑焊,可以用熱氣焊方法進(jìn)行焊接的塑科品種有:PVC、PE、PP、POM、PA、PS、ABS、PC等。
⑩熱氣焊的焊槍包括手焊槍和快速焊槍,手焊槍內(nèi)對(duì)焊接氣體的加熱裝置有電加熱式和火焰加熱式兩種。焊接氣體在流經(jīng)電加熱的管道或穿過火焰加熱的蛇形管時(shí),被加熱到所要求的熱氣溫度,然后由噴口噴出,控制焊槍的進(jìn)給和位置即可進(jìn)行焊接。焊接壓力一般通過焊條自身的剛度或通過壓輪等方法,傳遞至焊接區(qū)。
改換噴嘴可以把手焊槍裝配成塊速焊槍,快速焊槍的噴頭內(nèi)對(duì)熱氣作了分流,一部分熱氣被用來(lái)加熱基體材料,丶另一部分則用來(lái)預(yù)熱焊條,快速焊槍的噴頭通常具有與焊縫形狀相適應(yīng),以便能向焊縫施加壓力。快速焊槍一般由機(jī)械操縱,焊接時(shí)焊槍恒速前行,噴嘴壓力保持不變。
其它塑料焊接方法的簡(jiǎn)介:
2,熱工具焊
①熱工具焊是利用高溫表加熱連接面,使之充分軟化,施加適當(dāng)壓力并夾緊,冷卻后實(shí)現(xiàn)致密連接。
②適用于熱塑性材料,既可焊接塑料薄膜也可以焊接塑料厚板,連接速度快,一般在410s之間,接頭強(qiáng)度高。接頭附近可能存存應(yīng)力。
③主要焊接型材等塑料件,需要具有一定面積的加熱工具,如電烙鐵、接有加熱元件及控制的鋼板、鋼管,需要適當(dāng)夾具。
3,電阻植入焊
①將導(dǎo)電的電阻材料放入焊接界面中,施加焊接壓力并對(duì)電阻材料通過電流,將焊接界面上的塑料熔化,熔化的塑料相互潤(rùn)濕混臺(tái)擴(kuò)散,消除原來(lái)的宏觀焊接界面形成焊縫,同時(shí)電陽(yáng)材料被保存在最終的焊縫中。
②電阻植入焊的設(shè)備簡(jiǎn)單,容易操作。需要一定功率的加熱電源和植入電阻材料。
③焊接接頭殘留電阻絲與塑料不相熔的材料,降低焊縫強(qiáng)度及耐腐蝕性。
4,激光焊
①激光焊是利用材料在原子水平上將激光的光子能轉(zhuǎn)化為熱能的原理進(jìn)行焊接的方法。激光光子能被塑科中大量的碳原子亞接吸收,塑料從表面開始熔化然后加壓冷卻形成焊縫。
②其焊接速度快,焊接裝置與塑料不接觸,可焊接難以接近的部位。
③激光焊的設(shè)備昂貴,而且還需相應(yīng)夾具。對(duì)于裝配要非常嚴(yán)格,故沒有得到廣泛應(yīng)用。
④常用激光功率一般為50W/mm,常用激光器:CO2激光器;YAG激光器;二極管激光器;2μ激光器。
5,超聲波焊
①超聲波焊是超聲波通過被連接件,壓接觸表面發(fā)生相互摩擦,產(chǎn)生的熱量將工件表面熔化。實(shí)現(xiàn)連接。
②適于熱塑性材料,接頭強(qiáng)度高,焊接速度快、自動(dòng)化掛度高、焊縫美觀。
③焊件尺寸及形狀受到限制,應(yīng)用面較窄,需要超聲波焊接沒備和相應(yīng)夾具。
6,感應(yīng)加熱焊
①感應(yīng)加熱焊是利用電磁場(chǎng)對(duì)金屬插入件進(jìn)行加熱,插入件附近的塑料被加熱軟化,冷卻后形成接頭。
②加熱速度快母材受的影響較小。
③接頭中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,耐蝕性變差,需要使用高頻發(fā)生器、加熱線圈、金屬插入件等。
④交變電磁場(chǎng)頻率一般為3~10MHz。
7,摩擦焊
①摩擦焊是利用連接表面相互摩擦生成的熱量而實(shí)現(xiàn)連接的方法。
②摩擦焊包括三類:旋轉(zhuǎn)摩擦焊、線性振動(dòng)摩擦焊和攪拌摩擦焊。
④旋轉(zhuǎn)摩擦焊,被連接件以很高的速度旋轉(zhuǎn),同時(shí)在軸向施加一定的壓兩個(gè)連接表面相互摩擦,停止旋轉(zhuǎn)時(shí),被連接件冷卻并形成焊縫。適合于連接硬塑性塑料,連接速很快,被連接件應(yīng)接近圓柱形,需旋轉(zhuǎn)裝置才能施焊
⑤線性振動(dòng)焊摩擦焊,又稱振動(dòng)焊,采用0.5~5MPa的焊接壓力將塔接好的焊件壓緊,然后一側(cè)的焊件在夾具的帶動(dòng)下以1mm左右的振幅,100~500Hz左右的頻率,在平行于焊接界面的方向振動(dòng),焊接界面在摩擦和粘性切應(yīng)力的作用下溫度逐漸升高到塑料的熔點(diǎn)以上,熔融的塑料被擠出,振動(dòng)停止,熔融的焊縫在壓力下凝固??梢院附映暡ê鸽y以焊接的大型塑料焊件;被焊件形狀受到限制;需要專用振動(dòng)焊接設(shè)備。
⑤攪拌摩擦焊,是利用軸待摩擦產(chǎn)生的熱量使焊縫塑料進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài),并利用攪拌針攪拌焊縫進(jìn)入塑性狀態(tài)的材料,消除原來(lái)焊接界面并形成焊縫的焊接方法。只能用于熱塑性塑料的焊摟,主要適用于大型厚板,接變形量小,設(shè)備原理簡(jiǎn)單,可靠性相對(duì)較高,適于批量生產(chǎn)以及焊接精度和外觀質(zhì)量相對(duì)較低場(chǎng)合。需要專用設(shè)備及復(fù)雜的工裝夾具。
8,溶劑焊
①溶劑焊是用溶劑軟化非結(jié)晶型的熱塑性塑料,當(dāng)溶劑完全耗盡、蒸發(fā)時(shí)完成連接;它是通過被焊塑料的溶解而實(shí)現(xiàn)連接
②接頭中含有一定量的母材成分時(shí)強(qiáng)度較高,溶劑應(yīng)填滿連接區(qū)域的空隙。這種方法不能用于PE、PP、氟塑料等。
③接頭強(qiáng)度可以達(dá)到母材的強(qiáng)度,所需焊接設(shè)備簡(jiǎn)易,操作十分簡(jiǎn)單,成本低。
④焊接速度慢,需較長(zhǎng)時(shí)間蒸發(fā),有些溶劑有毒性,對(duì)人體有害,注意防護(hù)。
⑤所用工具主要有:注射針、擦試工具、浸泡用容器等;夾持工具、干燥裝置;溶劑回收裝置等。
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