振動摩擦焊接常見缺陷及解決方法

振動摩擦焊接常見缺陷及解決方法摘要：隨著塑料材料的廣泛應用，如何連接塑料使之滿足塑料件外觀及使用性能的要求且操作簡單已成為塑料連接技術的一個關鍵性問題。除了機械緊固和粘接等連接手段，塑料焊接技術在工業(yè)界及科研界已得到越來越廣泛的重視，新的焊接技術如紅外焊接、超聲焊接、電磁焊接、激光焊接技術的逐漸應用，使傳統(tǒng)的塑料焊接技術面臨新的挑戰(zhàn)及技術革新，筆者將遠紅外預加熱與振動摩擦焊接技術相結合，研究了紅外預加熱振動摩擦焊接技術即清潔摩擦焊接技術（CVT）在塑料焊接中的應用，比較了CVT相對于傳統(tǒng)塑料焊接技術的優(yōu)勢，為CVT的未來發(fā)展及應用提供一定的借鑒，以期解決震動摩擦焊接的常見缺陷。關鍵詞：塑料；焊接；紅外；振動摩擦1、傳統(tǒng)焊接技術簡介為了更好的體現出CVT的優(yōu)勢，筆者首先介紹了傳統(tǒng)熱板焊接和振動摩擦焊接技術的原理、特點及應用。熱板焊接也稱接觸焊、熱對齊焊，其原理是將需焊接的兩塑料件的表面用熱板同時加熱，使其熔融，然后用一定的壓力壓合，直到熔融部分冷卻從而使兩塑料件彼此牢固連接。該技術的優(yōu)點為塑料件在焊接前無需作特殊處理，焊接技術易于掌握；焊縫強度高，對于有防水性能要求的塑料件其氣密性非?？煽浚缓缚p材料性能穩(wěn)定，不易老化。缺點為塑化速度慢、周期長，且有熱副作用，高能耗且焊縫外觀質量差。振動摩擦焊接基于摩擦焊接的原理，是一種利用兩焊件相對振動引起界面摩擦產生的熱量實現焊接的技術，焊件被放置在規(guī)定的裝置上，在一定的壓力下，在接觸面上進行振動而發(fā)生摩擦，直到界面開始熔化，然后停止振動，繼續(xù)保壓直至固化，從而達到焊接目的。該技術可焊接形狀復雜、焊接面較大的塑料件，且設備簡單，焊接周期短，易于控制。但其不適用于低模量的熱塑性塑料，受幾何尺寸限制的摩擦運動易形成一層薄的熔化層和外觀較差的焊縫。由以上可知傳統(tǒng)的塑料焊接技術雖然可以進行塑料件的焊接，也各有其優(yōu)點但是其缺點不容忽視。因而需要對傳統(tǒng)振動摩擦焊接技術進行改進，使之在焊接完成之后，焊接筋處沒有碎屑及翻邊，若在其振動摩擦焊接之前進行遠紅外預加熱，則上述問題即可得到解決，由此焊接的塑料件擁有潔凈美觀的焊接縫，且具有長效的良好性能。這種改進的振動摩擦焊接技術即為CVT。2、CVT原理分析在焊接件焊接筋之間呈固態(tài)相互摩擦時會有顆粒產生，而后由于摩擦生熱，塑料受熱逐漸熔融，此時顆粒不會產生，然后直至焊接完成。CVT則是利用紅外預加熱將第1階段固態(tài)間摩擦提前結束甚至直接進入粘滯流體狀態(tài)，然后進行振動摩擦焊接，因而不會產生顆粒飛邊等影響外觀性能的問題。紅外預加熱技術是CVT的重點，而紅外源發(fā)射器的選擇是其重中之重，在技術上優(yōu)先選用的是金屬薄膜發(fā)射器，相比其它的發(fā)射器有很大的優(yōu)勢。金屬薄膜發(fā)射器與其它發(fā)射器的輻射效果對比，其中發(fā)射器與輻射物體的距離均為50cm。在相同距離下，對同一物體進行輻射加熱，鹵素、陶瓷及碳發(fā)射器的輻射效果在標準化加熱后長度上各點的輻射強度不均勻，而金屬薄膜發(fā)射器在各個輻射測量點上的輻射強度穩(wěn)定均勻，達到了預期效果。另外，選用的寬帶紅外金屬薄膜發(fā)射器的波長涵蓋可見光、短波、中波和長波，與大部分塑料的吸收波長相符合，可支持大部分常見塑料焊接件的輻射預熱。寬帶紅外金屬薄膜發(fā)射器的主要特性和優(yōu)點為：①由特殊鎳合金制成的扁平無屏蔽細絲作為歐姆電阻；②Z型設計可用來補償熱延展效應和增加特定的功率；③工作溫度600?900C，輻射頻譜范圍（標稱范圍2.5?8.0ym，最大輻射強度下的波長l=2.9ym）與典型聚合物的吸收頻譜相符合（很大程度取決于功能填料）；④均一的輻射特性（長度/寬度）和對焊接輪廓的幾何適應性能實現重復制造，可局部加熱和對有著復雜2D及3D結構設計的塑料件塑化；⑤可方便輪廓跟蹤固定、機械和電氣保護及根據應用的孔徑/遮蔽效應嵌入特殊的陶瓷材料。3、實際應用分析某塑料件之前的焊接采用傳統(tǒng)振動摩擦焊接技術，應客戶要求，現需提高其焊接外觀及整體質量，故將焊接技術改為CVT,對整個焊接過程進行分析。3.1焊接前階段焊接前，應了解此塑料件焊接筋的相關信息，此塑料件焊接筋的焊接筋寬度d=2mm，焊接筋高度h=3.8mm，焊接后焊接筋根部與焊接平面之間距離h'=3.2mm，焊接深度△h=h-h'=0.6mm。焊接筋焊接前狀態(tài)因注塑等相關因素存在變化,可對焊接筋的實際焊接尺寸進行測量，并對焊接筋的整體狀態(tài)與理論數據進行對比，了解及把握好焊接前焊接筋狀態(tài)。3.2焊接階段CVT焊接過程大體分為2個重要的過程：首先對焊接筋進行紅外預熱，然后撤掉紅外預熱裝置進行振動摩擦焊接。紅外預熱這一過程需精度很高的參數控制，如溫度、時間、輻射距離等都需要進行精確控制。加熱溫度過高會導致焊接筋呈熔融狀態(tài)，振動摩擦焊接深度不到位會導致強度不夠；溫度過低則導致焊接筋預熱不完全，整體焊接質量下降，體現不出CVT的優(yōu)勢；時間及輻射距離因素的影響亦是如此。針對該塑料件，此階段的紅外預熱裝置設定電壓值不變，所以裝置的本身輻射溫度不變，而且裝置到焊接筋的距離亦是固定不變，變化的是對焊接筋的輻射時間，不同的輻射時間造成的焊接筋的輻射狀態(tài)亦不同。焊接后焊接筋狀態(tài)分析紅外預熱焊接過程結束后，可整體觀察塑料件外觀，然后進行剖切查看焊接面，對焊接后的焊接筋尺寸進行測量，可與焊接前焊接筋尺寸及理論焊接效果進行對比。焊接后焊接筋的磨損存在差異，決定性因素很多，焊接深度理論值△h=0.6mm，實際焊接深度平均值為0.81mm。該測量分析數據建立在初步設計的塑料件上，由于存在焊接筋尺寸差及面差等不穩(wěn)定因素，故有所偏差，且測量本身也存在誤差，但不影響整體焊接外觀及質量，可在此分析的基礎上對機器的焊接深度等參數進行重新設置，直至達到預期的焊接深度。實際焊接效果對比CVT整體改善的是塑料焊接件外觀質量，因而對比了采用CVT與傳統(tǒng)振動摩擦焊接技術對塑料件焊接后的焊接件外觀，傳統(tǒng)振動摩擦焊接的塑料件在焊接處翻邊，影響了整體外觀，將塑料件上表面焊接件除去，明顯看到塑料件兩側的翻邊情況；可以看出CVT焊接的焊接筋平滑整齊，達到預期的效果，同樣將塑料焊接件上表面焊接件除去，可以看到塑料焊接件兩側規(guī)則整齊，總體外觀效果獲得大幅度提高。結語：對于塑料焊接技術，從傳統(tǒng)的熱板焊接到現代的激光焊接，整個技術的發(fā)展總是隨著焊接產品的要求而產生。筆者對CVT由前期預想及理論分析，到可行性實驗階段，再到實際應用階段，為塑料焊接技術又增添了一個成功案例。新技術總是有一個發(fā)展的過程，隨著對CVT的研究逐漸深入，CVT技術將不斷得到發(fā)展，其在未來的應用前景將更為廣闊