熱塑性塑料的焊接技術(shù)

本文的目的是對(duì)工業(yè)上熱塑性塑料熱連接各種可行技術(shù)的概括。根據(jù)向焊縫導(dǎo)入熱的方法的不同可以將塑料焊接技術(shù)分為三種不同的類別：
● 通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)
● 通過(guò)外加的熱源
● 通過(guò)電磁性
    通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱的焊接技術(shù)
直線性振動(dòng)
    在直線性振動(dòng)的焊接過(guò)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(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦熱使界面的塑料熔化,接下來(lái)將熔化的兩部分對(duì)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(shù)焊接。這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)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(mén)內(nèi)面板。
旋轉(zhuǎn)
    在旋轉(zhuǎn)焊接中，焊縫區(qū)的形狀總是圓形的，并使其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)已用于各種聚乙烯浮筒，噴霧器，傳動(dòng)軸和聚氯乙烯管道及設(shè)備的制造中。
超聲波
    超聲波焊接就是使用高頻機(jī)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(guò)頻率通常為20或40千赫的超聲波振動(dòng)。超聲波焊接過(guò)程很快，焊接時(shí)間不到一秒，并且很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shù)
電熱板
    電熱板焊接可能是最簡(jiǎn)單的塑料連接技術(shù)，從小的汽車蓄液器到直徑超過(guò)1000㎜的管道都可應(yīng)用。
    這種技術(shù)就是將待連接的兩部分的端部緊貼在電熱臺(tái)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(shí)間以增強(qiáng)焊縫的強(qiáng)度。
熱棒和脈沖
    這項(xiàng)技術(shù)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(shí)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(dāng)薄膜緊壓在一起時(shí)，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(kāi)V型或T型坡口。當(dāng)熱氣流直接吹向接縫區(qū)時(shí)，導(dǎo)致接縫區(qū)和與母材同材質(zhì)的填充焊絲熔化。通過(guò)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(diǎn)是焊接設(shè)備容易攜帶。但焊接過(guò)程緩慢，焊接質(zhì)量主要取決于焊工的技能。建議對(duì)焊工進(jìn)行技能培訓(xùn)和資格認(rèn)證以期達(dá)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(diǎn)。熔融的塑料填充材料從微型手持?jǐn)D壓機(jī)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(duì)母材預(yù)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(gòu)件的裝配制造，如壁厚達(dá)50㎜的化學(xué)儲(chǔ)罐。
直接應(yīng)用電磁學(xué)的焊接技術(shù)
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(gè)被焊件之間放置一個(gè)導(dǎo)電的插銷，當(dāng)插銷被加熱時(shí)，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(yīng)用的電阻式插銷焊接是電熔技術(shù)，即用特殊設(shè)計(jì)的含有整體電熱線圈的套筒耦合器來(lái)連接熱塑性塑料管。
感應(yīng)
    由于接縫處通常也需要放入一個(gè)插銷，因此與電阻性插銷焊接有類似之處。然而感應(yīng)焊的焊接過(guò)程中，在近接縫處放置一個(gè)連接高頻電源的工作線圈，當(dāng)高頻電流通過(guò)工作線圈時(shí)，產(chǎn)生了不斷變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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(chǎng)中可以產(chǎn)生熱的基礎(chǔ)上。因此，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用通常限于聚氯乙烯（ＰＶＣ），ＥＶＡ和聚亞交脂等材料。
    在焊接過(guò)程中，被連接部分收到施加在兩個(gè)金屬棒間的高頻電場(chǎng)的作用。這個(gè)動(dòng)態(tài)電場(chǎng)引起塑料的分子振動(dòng)，一部分振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使材料加熱。
    通過(guò)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(guò)程中，被連接的兩部分放在貼近電熱板的地方。這項(xiàng)技術(shù)類似于電熱板焊接，然而沒(méi)有直接與熱源接觸。當(dāng)時(shí)間足夠時(shí)，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(shí)間約是電熱板焊接的50%左右。紅外線焊接由于實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸加熱，排除了熱板表面的污染物進(jìn)入焊縫的可能。這項(xiàng)技術(shù)用來(lái)焊接塑料管。
激光
    激光焊接技術(shù)是用通常存在于電磁光譜紅外線區(qū)的集束強(qiáng)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(shù)是在兩個(gè)可透射的塑料連接表面使用一種無(wú)色的紅外線吸收介質(zhì)，從而這兩塊光學(xué)透明的塑料在進(jìn)行激光焊接后幾乎看不見(jiàn)接縫的存在。激光焊接的優(yōu)點(diǎn)是焊接速度快、干凈、非接觸過(guò)程，因而閃光和變形最小。