塑料红外预加热振动摩擦焊接技术研究.pdf

第4 0 卷 第9 期 工 程 塑 料应用 v 0 1 4 o N o 兰 呈 鱼 呈 呈 鱼 垒 垒 竺 一 兰 旦 d o i lO 3 9 6 9 is s n 1 0 0 1 3 5 3 9 2 0 1 2 0 9 0 1 3 塑料红外预加热振动摩擦焊接技术研究 刘勇 李朝晖 朱彩萍 常州星宇车灯股份有限公 司 江苏常州2 1 3 0 2 2 摘要 比较了红外预加热振动摩擦焊接技术即清洁摩擦焊接技术 C VT 相对于传统塑料焊接技术的优势 论述 了C VT的原理 并对 C VT的可行性和实际应用进行了分析 结果表明 C V T可大幅改善塑料焊接件的外观质量 减少焊接过程中的颗粒排放并提高其焊接强度 是一种清洁高效的新型塑料焊接技术 关键词 塑料 焊接 红外 振动摩擦 中图分类号 T Q3 2 0 6 7 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 1 3 5 3 9 2 0 1 2 0 9 0 0 5 3 0 4 Re s e a r ch o f I nf r ar e d Pr e he a t ing Vibr a t io n Fr ict io n W e ld in g Te chno lo g y f o r Pla s t ic Liu Yon g Li Zha o hu i Zh u Ca ip in g Ch a n g z ho uXin g y uAu t o mo t iv eLig h t i ng S y s t e ms Co Lt d Ch a n g z h o u 21 3 0 2 2 Ch in a Ab s t r a ct Ad v a n t a g e s o f in fra r e d p r e h e a t in g v ib r a t io n frict io n we ld in g t e ch n o lo g y wh ich a ls o wa s k n o wn a s cle a n v ib r a t io n f r ict i o n we l d in g t e ch n o lo g y C VT we r e co mp a r e d w it h t r a d it i o n a l p l a s t ic we l d i n g t e ch n o l o g i e s a n d t h e t h e o r y o f C V T w a s e x p o u n d e d t h e n t h e f e a s ib ilit y a n d p r a ct ica l a p p lica t io n o f CVT we r e a n a ly z e d T h e r e s u lt s s h o we d t h a t CVT co u ld im p r o v e t h e a p p e a r a n ce q u a l i ty o f p la s t i c we ld in g p a r t s s u b s t a n t i a ll y d e cr e a s e t h e p a r t icu la t e e mis s i o n d u r i n g t h e we l d i n g p r o ce s s a n d i n cr e a s e the we ld in g s t r e n g t h I t in d ica t e d t h a t CVT wa s a n e w k in d o f p la s t ic we ld in g t e ch n o lo g y with cle a n a n d h ig h e ffi cie n cy Ke y wo r d s p la s t ic we ld in g in fra r e d v ib r a t io n frict io n 随着塑料材料的广泛应用 如何连接塑料使之 满足塑料件外观及使用性能的要求且操作简单 已成 为塑料 连接技术 的一个关键性 问题 除了机械 紧 固和粘接等连接手段 塑料焊接技术在工业界及科 研界已得 到越来越广泛 的重视 新 的焊接技术如红 外焊接 超声焊接 电磁焊接 激光焊接技术的逐渐 应用 使传统 的塑料焊接技术面临新 的挑战及技术 革新 笔者将远红外预加热与振动摩擦焊接技术相 结合 研究了红外预加热振动摩擦焊接技术即清洁 摩擦焊接技术 C V T 在塑料焊接 中的应用 比较了 C V T相对于传统塑料焊接技术 的优势 为 C VT的 未来发展及应用提供一定的借鉴 1 传统焊接技术简介 为了更好 的体现出 C VT的优势 笔者首先介绍 了传统热板焊接和振动摩擦焊接技术 的原理 特点 及应用 热板焊接也称 接触焊 热对齐 焊 其原理是将 需焊接的两塑料件的表面用热板同时加热 使其熔 融 然后用一定 的压力压 合 直到熔融部分冷却从 而使两塑料件彼此牢 固连接 该技术 的优点为塑 料件在焊接前无需作特殊处理 焊接技术易于掌握 焊缝强度高 对于有 防水性 能要求的塑料件其气密 性 非常可靠 焊缝材料性能稳定 不 易老化 缺点 为塑化速度慢 周期长 且有热副作用 高能耗且焊 缝外观质量差 振动摩擦焊接基于摩擦焊接 的原理 是一种利 用两焊件相对振动引起界面摩擦产生的热量实现焊 接 的技术 焊件被放置在规定的装置上 在一定的压 力下 在接触面上进行振动而发生摩擦 直到界面开 始熔化 然后停 止振动 继续保压直至固化 从而达 到焊接 目的 该技术可焊接形状复杂 焊接面较大 的塑料件 且设 备简单 焊接周期短 易于控制 但 其不适用于低模量的热塑性塑料 受几何尺寸限制 的摩擦运动易形成一层薄的熔化层和外观较差的焊 缝 由以上可知传统 的塑料焊接技术虽然可 以进 行塑料件 的焊接 也各有其优点 但是其缺点不容忽 视 因而需要对传统振动摩擦焊接技术进行改进 使之在焊接完成之后 焊接筋处没有碎屑及翻边 若 联系人 刘勇 工程学士 产品设计工程师 主要研究方 向为塑料 件结构设计 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 1 1 刘 勇 等 塑料红外预加热振动摩擦焊接技术研究 5 5 传统振动 摩擦焊接 一爆 破 J 力 1 一 颗粒 排放 图 5 C VT与传统振动摩擦焊接技术下的颗粒排放和爆破压 力 术 应客户要求 现需提高其焊接外观及整体质量 故将 焊接 技术改 为 C V T 对整 个焊接 过程进行 分 析 1 焊接前阶段 焊接前 应 了解此塑料件 焊接筋 的相关信 息 此塑料件焊接筋的 3 D剖面示 意图及其尺寸图如图 6 图 7所示 图 7塑 料件 焊 接 筋 尺 寸 图 以上 为理论 数据 及焊 接后 的状 态 焊 接筋 宽 度 d 2 mm 焊 接 筋 高 度 h 3 8 mm 焊 接 后 焊 接 筋根部 与焊接平面之 间距离 h 3 2 m m 焊接深度 A h h h 0 6 m m 焊接筋焊接前状 态因注塑等相关 因素存 在变 化 可对焊接筋的实际焊接尺寸进行测量 并对焊接 筋 的整体状态与理论数据进行对 比 了解及把握好 焊接前焊接筋状态 焊接筋实际测量尺寸如表 1 所 示 选取 1 0组测量数据并取平均值 表 1 焊接筋焊接前实际测量尺寸 mm 项 目 言 i 平 均 值 d 1 7 7 1 6 9 1 98 1 7 O 1 8 2 1 6 8 l 8 2 1 7 8 1 8 6 1 8 3 1 7 9 h 6 0 6 2 3 68 3 6 R 3 7 0 3 7 0 3 7 8 3 R 2 3 8 4 8 6 3 7 3 2 焊接 阶段 C VT焊接过程大体分为 2个重要 的过程 首先 对焊接筋进行红外预热 然后撤掉红外预热装置进 行振动摩擦焊接 红外预热这一过程需精度很高的 参数控制 如温度 时间 辐射距离等都需要进行精 确控制 加热温度过高会导致焊接筋呈熔融状态 振动摩擦焊接深度不到位会导致强度不够 温度过 低则导致焊接筋预热不完全 整体焊接质量下降 体 现不 出 C VT的优 势 时间及辐射距离 因素的影 响 亦是如此 针对该塑料件 此阶段 的红外预热装置设定电 压值不变 所 以装置的本身辐射温度不变 而且装置 到焊接筋的距离亦是固定不变 变化 的是对焊接筋 的辐射时问 不 同的辐射时 间造成 的焊接筋 的辐射 状态亦不同 3 焊接后焊接筋状态分析 红外预热焊接过程结束后 可整体观察塑料件 外观 然后进行剖切查看焊接面 对焊接后的焊接筋 尺寸进行测量 可与焊接前焊接筋尺寸及理论焊接 效果进行对 比 表 2为红外预热焊接后焊接筋实际测量尺寸 表 2 焊接筋焊接后实际测量尺寸 mm 项目 而平均值 h 2 7 4 2 7 7 2 8 2 2 8 5 2 8 6 2 9 3 0 2 3 0 2 3 0 7 3 1 2 2 9 2 A h O 8 6 O 8 5 O 8 6 O 8 3 O 8 4 O 8 0 7 6 O 8 O 7 7 0 7 4 O 8l 注 h 为实际焊接后焊接筋根部与焊接平面的距离 A h 为实际焊 接深度 其计算公式为 A h 从表 2可 以看 出 焊接后焊接筋的磨损存在差 异 决定性因素很多 焊接深度理论值 Ah 0 6 mm 实际焊接深度 A h 平均值为 0 8 1 mm 该测量分析数据建立在初步设计 的塑料件上 由于存在焊接筋尺寸差及面差等不稳定 因素 故有 所偏差 且测量本身也存在误差 但不影响整体焊接 外观及质量 可在此分析 的基础上对机器的焊接深 度