塑料进气歧管焊接强度的研究.doc

塑料进气歧管焊接强度的研究0一z,第6期(总第118期)l螺年12月车用发动机V丑丑cLEE】l眦No.6(Tot.a1No.118)Dec.1998?土芑与材料?编者按尼龙是一种工程塑料.具有质量轻,耐庸蚀性好,成型工艺筒便和生产教率育的特点.用其制作进气歧管可有效地藏轻发动机质量,简化歧管生产工艺.障低生产成奉.近年来.尼龙进气歧瞥在汽车发动机上得到了广泛的应用.奉刊在1998年簟2期报道过热避气歧管撮动焊接工艺过程的研究.该,塑料进气歧管焊接强度的研究.P】I姗h蝴ed争,./ChutS.Leeval鱼arI(美国联信公司)摘要为了探甘尼龙进气歧量的棒动焊接强度.采用中心点设计法对3种婆克有33%玻璃圩堆的尼龙进行了静正攻摹试验,研究分析了夹紧压力,捧幅和焊蛙培化宽度等工艺参藏甘歧量蚪接强度的.移响.姑果表明,夹紧压力时歧量的棒动焊接强度.移响最太.其次是蚪蛙的培化宽度,撂幅用由若干模塑件组焊在一起的.焊接时.两模塑件相互作高速振动摩擦运动.摩擦区产生的摩擦热将其表层材料熔化,将两模塑件焊接在一起.称之为振动焊接.振动焊接的工艺参数有施加在焊缝上的夹紧力,振幅和振动频率.在焊接过程中.焊机的下位夹具随着焊缝的熔化逐渐向上移动,直至到达预设的位置.两模塑件由于焊缝熔化而产生的这种垂直位移可以通过位移传感器或焊接定时器来控制,究竟采取哪一种控制方式,视焊机的具体情况而定.研究人员曾根据扁平矩形试棒对焊后的抗拉强度值进行过焊接强度的研究,研究中大多采用的是单一参数法.而没有考察各种参数的综合影响为此,工程师们进行了以探讨各种焊接工艺参数对实际进气歧管各部位焊接强度综合影响的专门研究.通过记录歧管的破裂强度值.反算出破裂压载荷作用焊接墨度下焊缝处的应力,得出跛管的焊接强度(所有焊件都在焊缝处破坏).1试验与分析对大宇hI_100原型进气歧管进行了试验.该歧管由连接法兰,支管和总管等3部分组成.振动焊接分两次进行,先将连接法兰与支管焊接在一起,然后再将总管焊在上述组件上.对歧管试样进行了静压破裂试验.与支管相比,总管的有效直径较大,因而所承受的应力最大.所以,本文仅对总管进行了改变工艺参数的试验研究.对3种填充有33%玻璃纤维(GF)的尼龙歧管进行了研究:尼龙6(聚己内酰胺纤维8233GHSBK102),高产(HP)尼龙6(聚己内酰胺纤维HPN9233GHSBK102)和尼龙66(聚己内酰胺纤维5233C,HSBK102).工艺参数采用如下变量:?夹紧压力(夹紧力除以焊缝的投影面积):2.1MPa,4.1MPa和6.2加;19赔年12月吴建全等?振幅:L.50mm,L65lm和L.781m;?焊缝熔化宽度:0.75mm,1.5m和1.78m.经过综合考虑,仅采用l2套工艺参数组合方案对3种尼龙歧管的焊接强度进行了对比试验,每组方案都进行了2次试验,取其平均值作为试验结果(见表1).这种方法有时被称为中心点设计法.进行歧管破裂试验时,将其全部通道堵塞,以1MPa/min的速率缓慢地施加静压,直至歧管破裂.对破坏的零件进行了检查,以确定破裂源产生在焊缝.歧管破裂时施加的最大压力记为焊缝的破裂强度.3种尼龙歧管的静压破裂试验结果见表1.数据回归分析表明,夹紧压力对歧管的破裂强度(即焊接强度)的影响最大,其次是焊缝的熔化宽度,振幅的影响最小.填充33%玻璃纤维的尼龙6,IqP尼龙6和尼龙66的歧管,其总管破裂强度与夹紧压力和熔化宽度的关系曲面分别如图l一图3所示.夹紧压力对尼龙6和玎P尼龙6的破裂强衰1试譬方案豆压破裂试譬结果试验工艺参歙静压蕊裂试验结果蛐PI号摄幅蛙重压力瞎化宽庄尼龙6阻尼龙I尼龙脯%CF33%CF33%GFl1.86.22.540.920.960.7O2J.,86.20.0.92O.900.D31.82.1O.了50.960.980.7O41.82.12.540.971.0.7O51.2.11.5l_1.堑0.9261.654.11.5I.101.0.耪了1.654.1l_5备用I.1.值0.8681.656.2l_5I.l_l40.gI91.显6.20.0.94O.稿0.8101.显6.22.540.90l_0.oJJJ,显2,l2,l0.920,9/0,67121.北2.10.5O.粥0.衢0.舶度影响最大.这一结论与其他研究结果相一致.但在低夹紧压力区域的试验表明,当夹紧压力降低到0.7MPa以下时,歧管的破裂强度下降.图133%GF尼龙6歧管破裂强度随夹紧压力和焊缝熔化黻变化的特性曲面量力和焊缝熔化宽度变化的特性曲面车用发动机1998年第6期HI尼龙6与标准尼龙6的性能差不多.尼龙66的破裂强度对夹紧压力不敏感.但在全部试验中可以发现,与两种尼龙6相比,尼龙66歧管的强度较低.值得注意的是,焊缝熔化宽度对破裂强度影响的结论与以前的研究结论有所不同.在熔化宽度约为1.5一时,3种尼龙材料的焊接强度都达到了最大值.以前对无焊瘤阱的扁平板的振动焊接研究表明,焊接强度随焊缝熔化宽度的增加而增加,焊接过程中产生的焊瘤被挤到开阔的地方.而本研究中采用的焊接结构在焊口处都设计有焊瘤阱.在歧管焊接过程中,熔化部分疏松地堆积在焊缝断面的焊瘤阱内形成焊瘤.如果焊瘤阱空间被焊瘤填满,其中的压力就会增加,撑起焊缝,从而降低焊接强度.熔化宽度为1.5时大致相当于焊瘤阱内压力增加的起始点;随着焊缝的进一步熔化,焊瘤阱内压力逐渐升高,焊接强度也随之降低.为便于对3种尼龙材料的焊接强度进行比较,将其在最优熔化工况(熔化宽度为1.5m)下得到的试验结果绘制在同一破裂压力夹紧压力二维曲线图上(见图4).从图中可以看出,尼龙6的性能较好.在低夹紧压力区域其破裂强度比尼龙66高出40%,在Il4,6竞紧压力iLtPax33%凹尼龙633%GFliP尼龙633%GF尼龙66图4焊缝熔化宽度为1.5D时3种尼龙歧管破裂强度的对比曲线高夹紧压力区域其破裂强度比尼龙66高出20%.本结论与他人的结论有所差异,这可能与试验时不同的加载方式有关.以前是通过对焊件纯抗拉强度的对比来进行研究,而本次试验研究中采用的进气歧管试样主要承受的是弯曲载荷.2结论2.1恰当地控制焊接工艺参数,可使歧管的振动焊接强度提高50%.2.2夹紧压力对歧管的焊接强度影响最大,降低夹紧压力可提高歧管焊接强度.2.3通过对焊缝熔化宽度进行优化,可使歧管获得最大焊接强度,熔化宽度优化值视焊缝的设计结构而定.2.4焊机上位夹具的振幅对歧管的焊接强度的影响不大.2.533%GF尼龙6的焊接强度高于33%GF尼龙66.是建奎译白Au呦ve峨h咖面锄,1998(4)张掘球披(编辑李建新)?征订启事?中国汽车维修市场是由交通部主管,面向全国汽修行业公开发行的大型综合性,经济类社科月刊.定价6.元珊,大16开64页.宣传政策法规,.交流管理经验,促进行业发展.传播市场信息,分析热点问题,预测市场走势.普及汽车知识,推广技术成果,提高雄修水平