正交试验法在塑料门窗焊接工艺中的应用

1、正交试验法在塑料门窗焊接工艺中的应用 “正交试验法”是一种多因素试验比较有效的数学方法。它是利用正交表“均衡分散”和“整齐可比”的正交性原理，从大量试验点中，安排适量具有代表性、典型性的试验点。为的是减少试验的盲目性和试验次数，准确、迅速地找到最佳点。塑料门窗框和扇的焊接，是塑料门窗组装过程中的重要工序，焊接质量是塑料门窗质量的一个重要方面，焊角强度是焊接质量的一个重要度量，也是型材内在质量的一个重要反映。同时也是检验型材配方的技术性能，了解配方的合理性以及型材的可焊性，作为调整配方，检验型材成型工艺的依据。目前使用的焊接工艺属平板电加热对接焊接工艺。焊接过程是：首先把两被焊接面加工平整，分别

2、夹持在夹具中，把达到设定温度要求的电热板插到两焊件中间，移动焊件使被焊面接触电热板，在热和力的共同作用下，焊件与电热板接触的表面逐渐熔融，并有部分熔体向外翻卷(焊瘤)；当确认两个被焊面已熔融并达到焊接要求时，使两被焊面与电热板分离，移开电热板，并立即以一定的压力将两熔融面接触在一起。并保持一定时间，冷却到一定程度，焊接即告完成。在塑料门窗焊接过程中，热板温度，加热时间，熔接时间，进给压力等四个因素，是焊接工序影响焊角强度的重要因素。而每种因素对焊角强度影响的重要程度，以及影响变化的规律，是组装工艺人员乃至焊接岗位操作人员必须认真了解的。因此，有必要通过实验，摸索影响焊角强度变化的规律，掌握塑料

3、门窗焊接时的最佳工艺参数的变化趋势。如果按照上述四因素，每个因素各取三个不同的值(即三个水平)，按均匀搭配安排试验点，就得进行81次试验。若按正交试验法安排试验点则仅需9次。下面就利用正交表L9(34)安排试验点。表1因素水平表因素水平焊板温度加热时间秒熔接时间秒进给压力MPa124535300.35225025250.40325530350.45注：经随机化处理，各因素的各水平值均为焊机上各仪表的设定值。其它固定的试验条件为：(1)使用同一焊机、同一焊头；(2)选用主型材中截面最小的，即80系列推拉扇，即：SF66LC；(3)使用内插式辅助模板；(4)焊接室温：27；表2试验计划及试验结果因

4、素焊板温度加热时间熔接时间进给压力焊角强度试验号秒秒MPaN124535300.352887224525250.402449324530350.451865425035250.453094525025350.253116625030300.402399725535350.404414825525300.452409925530250.353613K172011039576959616K28609797491569226K310436787793957368R12400346525653205R22870265830523087R33479262631322456极差1079839567749各

5、因素对焊角强度的影响规律详见图1：图1从图1及表2的计算结果看，影响焊角强度的因素，最大的是：焊板温度；其次是：加热时间；第三是：进给压力；最后才是：熔接时间。直观分析表明，较佳的焊接工艺参数为：焊板温度：255；加热时间：35秒；焊接时间：35秒；进给压力：0.35Mpa。但此试验条件在上述试验中并未出现，是正性原理揭示，它将是一个好的试验点。从表2的试验结果看，由于焊接参数的不同，同样材料的焊角强度可以从3号试验的1865N到7号试验的4414N之间变化，相差竟达2549N。可见焊接参数对焊角强度的影响之大。确有必要对焊接参数进行认真筛选。根据上述试验情况，以及试验提示的四种工艺参数对焊角

6、强度的影响规律，对PVC塑料门窗的焊接机理作如下分析。焊板对两被焊接的异型材截面利用热传导的方式进行接触加热，使其升温并达到粘流温度以上，进入粘流态。然后使两熔融端面在压力下对接。宏观上的表现是：熔融的表面融合，界面消失。微观上则是两被焊型材上的PVC聚合物分子链(段)相互扩散。扩散过来的PVC聚合物分子链(段)就将承担起此焊角的应力。由此得知，凡是影响被焊接两异型材端面进入粘流态和影响处于熔融态的被焊接两异型材聚合物分子链(段)相互接触、扩散的因素，都将是影响异型材焊角强度的因素。如焊板温度和加热时间就是影响两被焊接异型材达到粘流温度、进入粘流态主要因素。熔接时间是影响聚合物分子链(段)接触

7、、扩散的主要因素；进给压力在加热动作时，影响两被焊接异型材达到粘流温度进入粘流状态。而在熔接动作时，则影响两被焊接异型材聚合物分子链(段)的接触、扩散，起双重影响的作用。从图1可以清晰地看到，随着焊板温度的升高和加热时间的延长，焊角强度呈直线上升趋势。这说明被焊接的两异型材能较好的加热到了粘流温度，进入粘流态。为下一步PVC分子链(段)的扩散提供了足够的能量基础。需要说明的是，PVC是非晶态聚合物，其粘流温度是一个较宽的区间，而不是某一个点，且还会随着配方情况的不同有较大的变动。从而表现出，熔体温度高一点，而有利于PVC分子链(段)的扩散。反之则相反。而时间延长，焊角强度仍有一定幅度的上升。这说明在保持进给压力状态下的熔接时间延长，有利于PVC分子链(段)的扩散。因为PVC分子链(段)的扩散需要时间。而进给压力，第一是促进熔融，第二是促进分子链(段)的扩散。但并非压力越大越好，压力大时，熔融层达到平衡时的熔体粘度较高，反而不利于分子链(段)的扩散。进给压力低时，熔融和扩散效果均不是很佳，熔融层达到平衡时的熔体粘度较高，同样不利于分子链(段)的扩散。故进给压力与焊角强度的关系是：随着进给压力的增大，焊角强度增大；进给压力再增大，焊角强度反而下降。在焊接实践中，除了上述四个焊接工艺参数外，型材高度的尺寸精