加工条件对型材焊角强度的影响

1、加工条件对型材焊角强度的影响 型材的焊角强度是关系门窗使用性能的重要方面，GB/T8814-200X的报批稿中，将型材的焊角强度作为指标要求纳入标准，要求焊角的应力不小于35Mpa。关于影响型材焊角强度的因素的研究多有报导，已知型材的生产加工条件(主要是型材塑化度)和焊接加工条件(焊接温度、加热时间、焊接时间和进给压力)都对型材焊角强度有很大影响，但这些研究多为将型材生产条件与焊接条件分开研究，而在实际生产中，这两个因素对型材焊角强度的影响是不分开的。那么，型材塑化度和焊接条件哪个是影响型材焊角强度的主要因素？应如何控制这两种条件以获得较大的焊角强度？本文拟通过将这两种因素同时安排进一组正交试

2、验，摸索二者对焊角强度的影响规律，寻找一种提高型材焊角强度的方法。 试验部分原材料PVCSG型潍坊亚星化学CPE135A潍坊亚星化学稀土稳定剂汕头高科达其它市售试验配方(单位：份)PVC、100，CPE、8.5，稀土稳定剂、3.1，ACR201、1.6，CaCO3、5，TiO2、5。 表1 型材挤出设定加工条件及型材部分性能 加工条件试验号机身加工温度 型材性能 一区二区三区螺杆过渡区熔体温度塑化度%加热后状态1 176 173 170 99 172 177 37 有气泡 2 180 177 174 102 175 183 42 有气泡 3 184 181 178 105 178 187 60

3、 有气泡 4 188 185 182 108 181 194 70 无气泡 5 192 189 186 111 184 198 75 无气泡 6 196 194 190 113 186 198 80 无气泡 注：熔体温度及型材塑化度均为用DSC法测得，取其平均值。型材试样制备及检测按1.2配方配料，热混至125，再冷混至45，放料。混好的物料放置一天后，在35/75锥形双螺杆挤出机上挤出75纱扇型材。型材在室温下放置一天后，用单点焊机进行焊接试验。焊接试样在室温下放置20小时后，测焊角强度。型材塑化度用DSC法测量。试验条件1、型材挤出条件2、型材焊接条件将表1中型材塑化度及四个焊接参数(焊接

4、温度、加热时间、焊接时间、进给压力)作考察因素排入L18(1636)正交表中，表中右边两列不安排考察因素，各试验条件见表2： 表2 型材焊接试验条件及结果 试验号 型材塑化度% 焊接温度 加热时间S 焊接时间S 进给压力MPa 焊角强度N 1 37 250 35 31 0.20 1206 2 37 257 25 25 0.15 1092 3 37 265 30 37 0.25 1357 4 42 250 30 25 0.20 1185 5 42 257 35 37 0.15 1456 6 42 265 25 31 0.25 1336 7 60 250 25 37 0.15 1175 8 60

5、257 30 31 0.25 1631 9 60 265 35 25 0.20 1827 10 70 250 25 25 0.25 1177 11 70 257 30 37 0.20 1627 12 70 265 35 31 0.15 1927 13 75 250 35 37 0.25 1754 14 75 257 25 31 0.20 1575 15 75 265 30 25 0.15 1556 16 80 250 30 31 0.15 1382 17 80 257 35 25 0.25 1363 18 80 265 25 37 0.20 1694 各位级之和 3655 7879 8049

6、8200 8588 18个试样焊角强度总和：26320 N 3977 8744 8738 9057 9114 4633 9697 9533 9063 8618 4731 4885 4439 极差R=最大值最小值 1230 1818 1484 863 526 结果与分析焊角强度结果及数据处理焊角强度结果如表2所示。计算各因素各位级焊角强度之和、各因素极差，结果见表2。数据分析1、直接看12试验的焊角强度最高(1927N)，为最好条件： 型材塑化度 70；焊接温度 265；加热时间 35；焊接时间 31；进给压力 0.15Mpa。 和13则分别为第二、三好条件。2、算一算由各因素的最好位级组成的条

7、件为可能好配合条件：型材塑化度 75；焊接温度 265；加热时间 35；焊接时间 37；进给压力 0.20Mpa。但考虑到型材塑化度在70左右时型材的综合性能最好，最有实际研究价值，如塑化度太低(60)型材塑化不好，加热后状态有气泡，塑化度过高(80)则物理机械性能下降，型材发脆，所以，下一步的试验应以塑化度为70的型材样品为主；实际生产中焊接时间37稍嫌长，且31的焊接时间与37的焊接时间对焊角强度的影响相当，所以下一步可取焊接时间为31。3、趋势图： 展望试验条件及结果从各因素位级和及各因素极差来看，对型材焊角强度影响程度大小依次为：焊接温度加热时间型材塑化度焊接时间进给压力其中本试验条件

8、范围内，型材塑化度、进给压力两考查因素有最佳位级出现，型材塑化度以75左右、进给压力以0.20Mpa为最佳；焊接温度和加热时间的位级有可能取偏，可再取更高的焊接温度试验，考虑到实际生产中的生产效率加热时间取35较为合理，不再做延长时间试验；焊接时间的位级虽也取偏，但第二、三位级的结果非常接近，第二个位级(31S)无论从实际生产还是实验结果看都可认为是最合理位级。结合实际工作及实验结果，为考查焊接温度继续升高是否对焊角强度有利，将固定加热时间定为35、焊接时间定为31、进给压力定为0.20Mpa，调整焊接温度为275，各型材样品的焊角强度结果见表3。由表3可见：其中22号试验在6个样品中焊角强度

9、仍为最高，但稍低于12焊接条件的值(1927)。在展望试验条件下，不同塑化度的型材的焊角强度差距幅度减小，整体焊角强度水平提高，型材塑化度对焊角强度的影响减小，即展望试验条件对型材的塑化度情况适应性强，可适用于较宽的塑化度范围；塑化度为70的型材的焊角强度仍为最高，可见其可焊性较好；第22号试验虽在此条件下为最好的试样，但低于其在265时(第12、号试验)的焊角强度，说明275的焊接温度偏高，焊接温度在265上下比较合适。试验结果分析1、由以上试验得知：塑化度约为70、熔体温度约在190197范围内的型材焊接性能较好，能在较宽的焊接条件范围内保持有较高的焊角强度。这可能是因为PVC塑化度在约7

10、0时，PVC的初级粒子基本被破坏，制品的抗冲击性能和拉伸性能等达到最佳平衡，综合性最好，可以保证型材有较高的焊角强度。试验中还发现，塑化度为60的型材加热后状态不合格，而塑化度为80的型材在锯切时易崩裂。因此，型材生产应严格控制加工条件，将PVC的塑化度控制在70左右，则既有利于保证型材的物理机械性能，又有利于其焊接性能。2、由表2、表3结果可知：适当提高温度或和延长加热时间有利于型材焊角强度的提高。这可能是由于提高温度和延长加热时间都有利于接触焊板型材的充分熔融，提高PVC分子的活性，可使更多的PVC分子发生相互缠绕，有利于两块型材的粘合，使焊角结合更牢固，从而焊角强度更高。3、由趋势图可明

11、显看出：焊接时间在大于31后对焊角强度的提高不明显。由于两块型材在抽掉焊板后在一定压力下对接，熔融的型材开始冷却，当接缝处熔融的型材从200以上冷却到PVC的玻璃化温度(约80)时，PVC转变成坚硬的玻璃态，压力已对型材的粘合基本不起作用。所以，延长焊接时间也不会提高焊角强度。、进给压力有一最佳取值。进给压力是两块型材对接时要保持的必要压紧力，太小不利于焊缝接合处熔融PVC分子的接触和扩散，太大易把大部分熔融的PVC挤出焊缝。留下熔体温度较低、未充分熔融、流动性差的PVC，不利于PVC分子的扩散。只有合适大小的压力才能保证接缝处两块型材PVC分子良好的接触和相互扩散，提高焊接质量。 结论型材塑化度控制在6080范围内时，型材具有较好的可焊性，其中以70左右为最佳。在保证不煳料的情况下，焊接温度较高(265)、加热时间较长(35S)有利于焊