复合尼龙超声波焊接破裂分析与解决

1、 作者简介:付渠,女,1975年生,研究生,曾从事锅炉设计与制造。fuqustudent sina 1com复合尼龙附耳薄壁圆筒件超声波焊接破裂分析与解决付渠(西南科技大学制造学院,四川绵阳621010摘要:介绍了尼龙玻纤复合材料带饶性的薄壁圆筒件超声波焊接时,出现的破裂情况。并对其原因进行了分析。采取有效措施解决了焊接破裂问题,使焊接零件完全合格。关键词:超声波焊接;复合塑料;薄壁圆筒Analyzing and Solving of Rupture of U ltrasonic Welding ofComposite Nylon Cylindrical Part With ClipFU Qu

2、(College of Manufacture ,S outhwest University of Sci.and Tech.,Mianyang 621010,China Abstract :The rupture of ultrasonic welding of the thin cylindrical part of nylon/glass fiber composite is introduced ,and the reason of the rupture is analyzed.Effective measures were taken to solve the problems o

3、f rupture ,made all of the welded parts up to standard.K eyw ords :Ultrasonic Welding ;Plastics Composite ;Thin Cylindrical Part某公司有如图1所示结构的,材料为尼龙加30%玻纤(PA66+30GF 复合塑料的零件。该塑料注塑成带饶性结构的两个半圆柱形,用超声波焊接将两个半圆柱焊接成圆筒。在焊接过程中,发现图中1部分焊接破裂,甚至飞出。调节焊接工艺参数(焊接时间,超声波能量等,焊接效果不能得到改善,能量太低时,又不能起焊。因此仅靠简单的焊接工艺参数的调节是解决不了问题的

4、 。图1焊接件结构示意图1焊接破裂的原因分析从零件的破裂情况,焊接件是在图1中的1部分破裂,笔者就超声波焊接原理、零件材料、结构三个方面分析其原因。111超声波焊接原理针对该零件,采用超声波焊接,从超声波塑料焊接的原理来讲,它是由超声波的电振荡能量转换成机械振动能,并通过变幅器和焊接工具头传递给塑料件,这样在加压的条件下给塑料件施加超声振动,在塑料结合面之间,由于机械振动的吸收、结合区振动的反射和结合面之间微观摩擦而产生大量的热能,这些热能使塑料件在结合处产生熔合,从而实现塑料件之间的焊接。即超声波焊接会产生的机械振动,焊接件的结合面吸收振动能,受热熔合在一起。从以上原理看出,零件的结合面要吸

5、收振动能,还要被加热。112材料方面原因材料为PA66+30GF ,具有强度高,刚性好,耐高温等优点,然而熔点高,熔融温度范围小,焊接性能相对较差。因此该种材料的零件焊接时,温度变化不能过大;同时由于不容易吸收能量,所以受到的振动超出其承受范围会降低焊接精确度。113焊接件结构分析如图1结构所示,1部分相当于一个悬臂梁,具(下转第145页134塑料工业CHINA PLASTICS INDUSTR Y 第33卷增刊2005年5月图3,其斜率即为2K g。此法用于本文使时,T om=501 K,T=323K11,结果见表1。从表1可看出,K g值随纳米TiO2含量的增加而升高,说明纳米TiO2阻碍

6、了尼龙6分子链的移动,使其结晶速率降低,同时尼龙6由晶核生长占主导地位逐渐向成核机制占主导地位转变。3结论1MC尼龙6及其原位纳米复合材料的等温结晶行为具有很强的温度依赖性,随结晶温度的提高,结晶速率降低。2纳米TiO2对MC尼龙6基体具有异相成核作用,使其原位纳米复合材料结晶速率常数变大,半结晶时间变小。3采用Hoffman成核结晶理论计算MC尼龙6及其原位纳米复合材料的K g发现,原位纳米复合材料的K g大于MC尼龙6且随着纳米含量的增加而增加,说明纳米TiO2阻碍了MC尼龙6分子链的运动,同时尼龙6由晶核生长占主导地位逐渐向成核机制占主导地位转变。参考文献2Okada A,K awasu

7、mi M,Kurauchi T,et al.Polym Prepr, 1987,28:4473Fornes T D,Paul D R.Polymer,2003,44(14:39454K ojima Y,Matsuoka T,Takahashi H,et al.J Appl Polym Sci,1994,51:6835Weng W G,Chen G H,Wu D J.Polymer,2003,44:8119 6Avrami M.J Chem Phys,1939,7:11037Avrami M.J Chem Phys,1940,8:2128Avrami M.J Chem Phys,1941,9:1

8、779Grenier D.,Prud homme R. E.J Polym Sci Phy Ed,1980, 18:165510Hoffman J D,Davis G T,Lauritizen J I.Treatise on S olid State Chemistry.New Y ork:Plenum Press,1976.49711Ebengo R H.J Appl Polym Sci,1997,35:1333(上接第134页有很强的饶性。在焊接时,受到振动后的变形较其它部分更加明显。综合以上三个方面分析,得到该零件焊接破裂的原因是因为材料的刚性好,强度高不容易吸收振动能,加之其悬臂梁结构

9、,不能接受强的振动能,而又采用靠超声振动来焊接的方法,三个方面加一起导致了零件的破裂。2解决方法找到了焊接破裂的原因,针对这些原因,可以有以下一些解决的方法:1零件选用其它的材料来代替;2更改零件的饶性结构,将图1中的部分1,减少饶性;3减少饶性结构受到的能量;4改用其它焊接方法。因为该零件的使用要求,是材料的刚性好、强度高;同时更改结构也是不太方便和经济的。用超声波焊接方法来焊接塑料有其优越性,外观好且不需要填料。比较几中解决方案,综合时间及经济效益,本实验认为方案3是较简便,较快和效益好的方案。目前是如何减少饶性结构受到的能量。减少超声波能量,零件焊接不好甚至不能起焊;将零件受到的能量吸收或传递一部分,达到减少能量的目的。开始用金属条置于零件上传递能量,焊接合格率达到80%,除去操作失误,用金属条吸收能量,焊接结果不能保证100%。此方法不是理想的解决办法。因此实验采用聚氨酯弹性体,因其具有很好的吸能减振的作用。在饶性结构处的夹具上涂上聚氨酯材料,在超声波焊接时吸收部分能量,经过实际操作焊接,焊接牢固,接口强度高,表面外观质量好,无溢流和毛刺等现象,焊接后零件完全合格。3结论塑料零件的应用越来越多,塑料的焊