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塑料焊接技術(shù)的概況及工藝要求

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）?？偟膩碚f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)；對于結(jié)晶或半結(jié)晶材料擴(kuò)散幾乎是瞬時(shí)完成的；對于非結(jié)晶材料，如果加熱溫度是稍高于熔點(diǎn)，則擴(kuò)散時(shí)間會很長。⑤冷卻，塑料焊接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λ芰虾讣退芰虾笚l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，應(yīng)用，是“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)確溫度要試焊測試后最終確定。

⑥熱氣擺動焊，擺動熱氣噴口，分別對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，用熱氣對塑料的搭接縫隙進(jìn)行加熱，并用手壓或機(jī)械裝置對焊接區(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)對熱氣作了分流，一部分熱氣被用來加熱基體材料，丶另一部分則用來預(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?？焖俸笜屢话阌蓹C(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，熔化的塑料相互潤濕混臺擴(kuò)散，消除原來的宏觀焊接界面形成焊縫，同時(shí)電陽材料被保存在最終的焊縫中。

②電阻植入焊的設(shè)備簡單，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對金屬插入件進(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線性振動焊摩擦焊，又稱振動焊，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，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，振動停止，熔融的焊縫在壓力下凝固。可以焊接超聲波焊難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)備原理簡單，可靠性相對較高，適于批量生產(chǎn)以及焊接精度和外觀質(zhì)量相對較低場合。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)備簡易，操作十分簡單，成本低。

④焊接速度慢，需較長時(shí)間蒸發(fā)，有些溶劑有毒性，對人體有害，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。