熱塑性塑料的焊接技術

本文的目的是對工業(yè)上熱塑性塑料熱連接各種可行技術的概括。根據(jù)向焊縫導入熱的方法的不同可以將塑料焊接技術分為三種不同的類別：
● 通過機械運動
● 通過外加的熱源
● 通過電磁性
    通過機械運動產(chǎn)生熱的焊接技術
直線性振動
    在直線性振動的焊接過程中，待連接的兩部分受摩擦之前在壓力作用下互相接觸;由往復運動而產(chǎn)生的摩擦熱使界面的塑料熔化,接下來將熔化的兩部分對中并固定直到焊縫凝固。
    大部分熱塑性材料可以用這種技術焊接。這種技術被廣泛地應用在汽車工業(yè)部件的連接上，例如：兩段減震器，油箱，通氣管道和車門內(nèi)面板。
旋轉
    在旋轉焊接中，焊縫區(qū)的形狀總是圓形的，并使其旋轉運動。這項技術已用于各種聚乙烯浮筒，噴霧器，傳動軸和聚氯乙烯管道及設備的制造中。
超聲波
    超聲波焊接就是使用高頻機械能軟化或熔化接縫處的熱塑性塑料。被連接部分在壓力作用下固定在一起，然后再經(jīng)過頻率通常為20或40千赫的超聲波振動。超聲波焊接過程很快，焊接時間不到一秒，并且很容易實現(xiàn)自動化，在汽車、醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品和包裝行業(yè)的部件制造中很受歡迎。
    使用外加熱源的焊接技術
電熱板
    電熱板焊接可能是最簡單的塑料連接技術，從小的汽車蓄液器到直徑超過1000㎜的管道都可應用。
    這種技術就是將待連接的兩部分的端部緊貼在電熱臺面上加熱，直到端面塑料充分地熔化。然后移出電熱板，將待連接的兩部分壓在一起。焊后需保持足夠的冷卻時間以增強焊縫的強度。
熱棒和脈沖
    這項技術主要用在連接厚度小于0.5㎜的塑料薄膜。其工作原理是：將兩層薄膜緊壓在熱金屬棒上，軟化后連接在一起。焊接時間非常迅速，焊接厚100μm的薄膜大約需要2秒。
    使用脈沖焊接的原理與熱棒焊接相同。當薄膜緊壓在一起時，觸發(fā)鎳鉻絲使電能瞬間釋放產(chǎn)生熱量。這種方法用在聚乙烯塑料袋快速封口的情況。
熱氣焊
    在熱塑性塑料的熱氣焊接中，所焊板厚通常在30㎜以內(nèi)并開V型或T型坡口。當熱氣流直接吹向接縫區(qū)時，導致接縫區(qū)和與母材同材質的填充焊絲熔化。通過填充材料與被焊塑料熔化在一起而形成焊縫。
    熱氣焊的主要優(yōu)點是焊接設備容易攜帶。但焊接過程緩慢，焊接質量主要取決于焊工的技能。建議對焊工進行技能培訓和資格認證以期達到較高的焊接水平。
擠壓
    擠壓焊接類似于熱氣焊，有著熱氣焊的一些優(yōu)缺點。熔融的塑料填充材料從微型手持擠壓機的罐中送入接頭坡口中。熔融材料是從一聚四氟乙烯靴擠出的，該靴的形狀要與被焊坡口的形狀相匹配。靴的前段有熱氣流噴出，用以在熔融材料堆敷前對母材預熱，以確保形成焊縫所需要的足夠的熱量。
    這種方法一般用于大型構件的裝配制造，如壁厚達50㎜的化學儲罐。
直接應用電磁學的焊接技術
電阻性插銷
    這指的是在通高電流產(chǎn)生電阻熱之前,在兩個被焊件之間放置一個導電的插銷，當插銷被加熱時，其周圍的熱塑性塑料軟化，繼而熔化，再施加壓力，使熔化的焊件表面熔化在一起形成焊縫。
    廣泛應用的電阻式插銷焊接是電熔技術，即用特殊設計的含有整體電熱線圈的套筒耦合器來連接熱塑性塑料管。
感應
    由于接縫處通常也需要放入一個插銷，因此與電阻性插銷焊接有類似之處。然而感應焊的焊接過程中，在近接縫處放置一個連接高頻電源的工作線圈，當高頻電流通過工作線圈時，產(chǎn)生了不斷變化的磁場，磁場的磁力線與插銷相互作用產(chǎn)生渦流，從而使插銷及周圍連接區(qū)域加熱。
高頻
    高頻（高頻或射頻）焊接是建立在被焊塑料在快速交變電場中可以產(chǎn)生熱的基礎上。因此，這項技術的應用通常限于聚氯乙烯（ＰＶＣ），ＥＶＡ和聚亞交脂等材料。
    在焊接過程中，被連接部分收到施加在兩個金屬棒間的高頻電場的作用。這個動態(tài)電場引起塑料的分子振動，一部分振動能轉化為熱能，使材料加熱。
    通過高頻焊接制作的產(chǎn)品包括文具夾，可充氣物品，防水衣和血袋。
紅外線
    在紅外線焊接過程中，被連接的兩部分放在貼近電熱板的地方。這項技術類似于電熱板焊接，然而沒有直接與熱源接觸。當時間足夠時，連接部分被熔化，壓在一起形成焊縫。　
    紅外線焊接通常比電熱板焊接快，時間約是電熱板焊接的50%左右。紅外線焊接由于實現(xiàn)了無接觸加熱，排除了熱板表面的污染物進入焊縫的可能。這項技術用來焊接塑料管。
激光
    激光焊接技術是用通常存在于電磁光譜紅外線區(qū)的集束強輻射波，熔化接頭區(qū)的塑料。所用激光的類型和塑料的吸收特性決定可能焊接的程度。
    最近TWI獲得Clear WeldTM 透射焊接（transmission welding ）的專利，這種技術是在兩個可透射的塑料連接表面使用一種無色的紅外線吸收介質，從而這兩塊光學透明的塑料在進行激光焊接后幾乎看不見接縫的存在。激光焊接的優(yōu)點是焊接速度快、干凈、非接觸過程，因而閃光和變形最小。