选择正确的焊接工艺

1、选择正确的焊接工艺 面对多种焊接工艺，根据预算选择最适于设备的工艺尤为重要。本文将对六种主要工艺进行比较。虽然快速接头和压接是成本最低的方法，但是它们通常不够耐久，并且可靠性较低。此时，塑料焊接往往是最佳选择。面对着众多可以选择的连接方式时，许多设计者面临着另一个选择：要么在短时间内学习大量的专业知识，要么采用已经熟悉的工艺。然而第二种选择常常导致设备采用了次佳的工艺进行装配。通过理解不同的方法并进行比较，然后确定最佳的方案是非常重要的。本文将列举6种常见的塑焊方法，并介绍每种方法的优缺点，以帮助设计者理解和比较这些方法。 超声焊接超声焊接的材料必须要细薄或坚硬。超声焊接工艺的优点恰好符合医疗

2、设备装配的要求，因而此工艺被广泛应用于医疗设备的焊接。由于循环周期短，超声焊接通常成本较少。此外，同其它工艺相比，超声焊接的设备和工具成本也相对较低。超声焊接一般会产生闪光和微粒，但是闪光通常可以控制，而微粒的数量通常很少，因此适合洁净室操作。该工艺相对容易实现自动化。它是一种常用的方法，通常为设计者所熟知。超声焊接工艺的控制复杂程度较高，如果工艺输入保持一致的话，生产质量相当可靠。然而，超声焊接受到工具设计中声学局限的约束，对于部件的构造和外形具有一定的限制。声音在材料中的传输是非常重要的，通常要求接口近似平面，从而使声音传输到接口上任意点的距离相等。除非截面非常薄，否则一般要求材料相对比较

3、坚硬。本方法更为不便的局限是在加工过程中会导致元件振动。对一些材料，如未加固的半晶体材料，进行加工时尤为困难。部件必须能够经受住振动，而超声还可能会对这些材料的性质造成破坏。热铆合是一项易于实现自动化的工艺。热铆合、型锻和插入工艺不会产生微粒，也不会造成组件振动。该工艺非常容易实现自动化，工具和资金的投入也相对较低。热铆合和插入能够同时在多个平面和点位上进行，对于工具设计无声学局限限制，工艺过程简单，发生问题时比较容易解决。然而对于一些熔融温度范围较窄的材料，建议不要采用本工艺，置于加热环境可能会影响一些装配部件。由于熔融温度范围较窄，容易将材料烧焦或使材料变得非常松软。当采用特殊技术时，该工

4、艺能够从多个方向进行。用此工艺对缺乏刚性或高结晶性材料进行加工也比较困难。该工艺需要消耗加热器和热电偶，加热器烧坏检测费用可能比较昂贵。在工艺中采用空气冷却可能在一些净室中无法接受。本方法同超声焊接相比更长的循环时间可能也是一个缺点，许多医疗设备生产商不喜欢该工艺的开环特征。采用此工艺对加筋材料填充物进行加工会尤为困难。旋转熔接旋转熔接确保工艺控制，工艺过程可清楚预见 。旋转熔接是一种快速简便的工艺，用于生产密封性接口。与前面介绍的两种方法相同，此工艺也较容易实现自动化，工具和资金投入较低。在工艺输入保持一致时，重复性高。现代化的旋转熔接工艺比较复杂，并且增加了工艺的灵活性。该工艺会产生闪光，

5、但是通常可以控制（比超声焊接多）。该工艺易于理解，比较直观，易于排错。旋转熔接工艺不需要消耗品，周期短，能够形成密封性接口。复杂的设备能够确保工艺控制，工艺过程可清楚预见。旋转熔接的最大限制是接口必须为圆形，对于小部件需要较高转速（每分钟超过10,000转），如果旋转部件非常不匀称的话，则必须解决平衡问题。该方法要求伺服马达具有较大的断裂力矩。采用本工艺生产医疗设备的一个最大问题在于过程中产生的大量微粒。旋转熔接可能对于塑料中熔融指数和熔融温度的差异比较敏感。除此之外，对加筋材料，如含有25到30%玻璃的材料，很难进行加工。在这些情况下，最好考虑其他工艺，例如超声和振动焊接。本工艺也很难对润滑

6、度高的材料进行加工，因为它需要依赖高度的磨擦力。热板焊接热板焊接是加工具有不同熔融指数和温度材料的最佳工艺。热板焊接能够用于几乎任何尺寸和几何形状的部件加工，在装配过程中不会产生微粒或带来振动。其工具和资金投入通常高于前面介绍的小型机械工艺，但是低于其他大型机械工艺。不使用消耗材料，系统成本为振动焊接的一半。热板焊接可能是软性或易弯曲材料的唯一选择。本工艺适合加工软性合成橡胶，例如注射器球等。本工艺简单、稳定，相对而言能轻易为大多数材料加工密封接口，并且在出现问题时非常容易解决，是对付材料熔融温度和熔融指数存在差异的最佳工艺，同时也是处理高润滑材料如PTFE的最佳选择，该工艺能够处理在多个方向

7、上的接口弯曲。热板焊接是本文讨论的方法中循环周期最长的工艺，不宜用于较窄熔融温度范围材料的焊接。本工艺基本上是开环的。置于加热环境可能会影响一些装配部件，并且工艺中会产生闪光（可以捕捉）。烧焦的材料可能会被带入接口，这可能会影响液体存储器应用中的加工。一般的高温材料，特别是高温半晶体材料，因为不能使用抗粘合涂层，非常难以加工。此外这些材料具有明显的熔点，重新固化材料的外皮很难断开。因为熔融的塑料可能粘在热板上，加筋材料也难以加工。对于这些材料，振动焊接是一项很好的选择。加热器和热电偶是本工艺的消耗品，并且能量的消耗很高。加热器烧坏检测会增加额外的费用，通常当一个热电偶烧坏时，会给另一个加热器增

8、加额外的负担，因此烧坏检测非常必要。该工艺还可能在净室释放热量和烟。热板维修会将燃烧微粒带入焊接接口，塑料也可能会粘在热板上。不幸的是目前还没有涂层能够解决这一问题。振动焊接适用于加工大型或弯曲部件，但是不可用于高润滑材料。振动焊接通常被视为大型部件的加工工艺，但是它也可被用于较小部件的加工，特别当每个机械周期加工超过一个部件时。即使材料熔融温度范围较窄，因为采用大量的热量，也相对容易实现接口密封。该工艺无消耗品，特别适合高温材料和通常难以加工的半晶体材料，有筋或无筋都可。对大型机械工艺来说，振动焊接的循环周期可算是较短的，工艺本身对于树脂化学组成的变化不敏感。振动焊接能够处理横振动方向相当大

9、的弯曲。该工艺采用巨大的合模力，能够轻易地解决翘曲的部件，是焊接大型部件的最佳工艺之一。对于大多数部件而言，本工艺简单、稳定。振动焊接总会产生微粒和闪光，虽然闪光可以被捕捉到。一些装配部件可能无法经受住振动。而常常需要的接合凸缘则是式样问题。该工艺不能用于加工长的、无支持的围壁，如多复室容器，特别在横振动方向。本工艺不适合高润滑度的材料如PTFE，除非横截面很薄，部件必须具有一定的钢性（尽管织物和过滤应用通常可行）。本工艺不适合合成橡胶材料。许多振动焊机采用液压单元，可能无法在净室内使用，尽管能够用气动升降台建立中小型机械。资金投入（约十万美元）和工具成本（至少12,000到15,000美元）

10、较高。尽管一般噪音限制在80分贝内，振动焊机可能仍是生产车间中噪音最大的机械。在医疗设备生产中使用振动焊接不多见，可能是因为设计者并没有想到将它纳入考虑。激光焊接激光焊接可用于带有填充剂和添加剂的材料，因为它对于树脂化学组成的变化不敏感。激光焊接不产生振动和微粒，在大多数情况下无闪光和噪音。某些连接设计和机械概念让设计者在设计部件结构中有相当大的自由度。这是一种高精密度的工艺，可以适用于从很小到很大的部件。取决于连接设计的策略，激光焊接可能是本文介绍的工艺中最具有可修复性的工艺。本工艺可以加工弯曲部件，对于树脂化学组成和添加剂的变化相对不敏感。然而树脂化学组成和添加剂能够显著影响将焊接能量输送

11、到焊接区域的能力。例如有些颜料和填充物如云母完全不透光。此外不同的天然树脂如POM和PTFA（PFA流动）对于光的散射也尽不相同。通过较厚部位的焊接需要大量的激光能量，从而可能增加成本。本工艺可以实现精细的工艺控制。复杂系统可以具有高度编程功能，并能够采用固定识别来使经济批量的尺寸非常接近于某一部件。本工艺基本上不受部件尺寸条件的约束。激光焊接仍然需要相对较高的资金投入，虽然在一些情况下可能少于其他大型机械工艺。伴随着高资金投入的是快速的循环周期。该工艺对于部件的装备敏感，特殊颜料和吸附剂的成本在一些应用中需要加以考虑。此外一些材料需要在加工过程中使用保护气。激光焊接机通常是根据需要建造的，很少有标准的商业化模型存在。对于光学和激光部件的维护最好交给专业人员去完成，本工艺需要一些消耗品。结论许多医疗设备的制造不需要消耗粘合剂和紧固件，当需要可靠连接时，塑焊常常是最佳的解决方案（即使快速接头和压接是代价最低的方法）。要决定特定应用的最佳解决方案，关键在于理解不同的焊接方法。上述介绍的