塑料焊接工艺与设备

1、本期主题：车用塑料焊接工艺与设备引兼差下部件内部部件4外部部件1,汽缸凸轮轴上轴承着18仪墨台28.敬热爵2.正时皮带量19.仪表盘29保附?3,进气岐管20.手窘轴30保解,工交矍4.空气进口管21.博肯耨31.倒转向灯5,气压分配管22,中央控斛白32车牌架0,空气滤清管23.保眸核管盖33尾由7,一油嬷清扫阴，风道34.转向灯B薄油分酎盟25.脚车灯3.机油试清摘25内门板10真空跳-II萧洗液容耨12.水箱131415.1517水泵菩动力转向油54空调用热器崛防生营（塑料焊接技术在汽车上应用主要部件图示）五种主要的车用塑料焊接工艺概述五种焊接工艺的主要特点与条件几种先进的车用塑料焊接设

2、备介绍五种主要的车用塑料焊接工艺概述焊接可追朔至早期的金属加工年代，而且由于性能、成本、可靠性和安全方面的原因至今广为应用。与其他连接方法（如：怫接和螺栓连接）相比，焊接结构具有强度高、重量轻、成本低廉的优势。连接金属、聚合材料、陶瓷、复合材料和工程材料的焊接方法已经多达100多种。作为现代机械制造业中一种必要的工艺方法，焊接在汽车制造中得到广泛的应用。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、滚凸焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氮弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊等各种焊接方法中，由于点焊、气体保护焊、钎焊具

3、有生产量大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。对于汽车内外饰件制造企业而言，焊接的主要对象是工程塑料制品。借助热能或振动能源，使材料表面软化而结合。尽管不使用粘合剂，但却可得到比较好的焊接强度。焊接工艺可按所采用的软化方式分为以下几种：热板焊接(hotplatewelding)由热板产生的热量软化接合表面的加压焊接方法。振动次I接(vibrationwelding)由摩擦产生的热量软化接合表面的加压焊接方法。超声波焊接(ultrasonicwelding)在超声频率下由分子问机械振动动能产生的热软化接合表面的加

4、压焊接方法。高频少I接(HFwelding)由高频电场产生的热量软化接合表面的加压焊接方法。激光次I接(laserwelding)利用激光能量来焊接两个成型品的一种技术。五种焊接方法的优缺点比较优点缺点热板焊接* 应用范围广* 焊接强度、效率局(在各焊接法中最佳)* 可进行气密接合，可靠性好* 制品、焊接部的形状设计相对来说比较容易* 由热板产生的热量使制品软化，周期较长。* 粘贴在热板上的树脂会出现拉丝现象(必须肩相应的塑料粘贴对策)* 不同种类的树脂或金属与树脂相接合，会出现强度/、足。* 对易分解塑料要用惰性气体振动焊接材料选择广泛、复杂形状、大尺寸连接平面不超过两个、不适用于薄长的固定

5、件，被焊接件必须能够活动超声波焊接速度快、可自动化受尺寸、形状和材料限制高频焊接适用于等厚的薄板不适用于非极性分子激光焊接*由于没有振动或超声波等物理的影响，因此可应用于精密部件*由于是非接触焊接，因此不会使表何广生热影晌、伤痕或艾形，且不会产生残渣*是不会产生粉尘或飞边等/、良现象的一种洁净工作法* 由于必须在激光透射性树脂与激光吸收性树脂的组合中才能使用，因此受限于树脂的种类。* 当两种材料都填充炭黑时，不适于激光焊* 由于许多矿物填充的化合物*可利用最佳加工条件来状得很高的接合强度和密闭性*通过缩小激光束可最大限度地减少因热而引起的影响能够吸收近红外线激光，所以通常不适用于激光焊接五种焊

6、接工艺的主要特点与条件热板焊接1 .定义由热板产生的热量软化接合表面的加压焊接方法。因装置简便、焊接强度高，自古以来就被用于大型产品的焊接。2 .焊接工艺a）让制品接触热板，以融化黏接部；b）保持融化面的接触，以冷却凝固焊接T程图碗品:1）一上型工具*（3）厅F热板UrnUrfLJTlrfujh(5)*(1)1下型工具+植入制品期热板融化幕播由取出跳板息化的的跖捱与冷却取出制乱,第束谋接3 .黏接部分的接合形状例焊接部为平坦状飞边露出深度形状隐臧飞边形状4 .焊接条件温度设定：基本上大于树脂熔点低温时-焊接周期长焊接强度低高温时-注意材料老化软化时间：可充分使接合面软化的时间参考高1m法右的软

7、化时间机械驱动速度：尽可能越快越好热烫压力：设定所需的最低压力、焊接深度。压力过大时，会造成熔融树脂被挤出，成为强度低的原因。其它影响热板焊接的主要因素：冷却压力、冷却时间、热烫模板复位时间、冷压模板运行时间、工作台复位时间。5 .延锋公司热板焊接举例：焊接AudiA4遮阳板地图袋。地图袋由三层材料组成，上下两层为PVC表皮，中间层为聚酯热熔膜，它是通过热板压在上表皮上，使中间聚酯热熔膜快速熔化，再通过冷压模板压在上表皮上，使聚酯热熔膜冷却使上下两层PVC表皮焊接在一起。焊接专机主要组成部分：底模、加紧机构、加热板、热烫模板、热板运动机构、冷压模板、压板运动机构、工作台横移机构。设备主要技术参

8、数：加热功率、加热温度、热板行程、冷压板行程、机器总重、安全保护。振动焊接1 .定义振动焊接是属于摩擦焊接的一种。首先将一方的制品固定后，另一方在加压的同时使其在水平方向发生振动，然后使接合面软化，焊接。振动方式可分为线形与轨道型二种。线型是左右方向振动，轨道型则是小圆形的振动。因焊接面相对时间轴的速度是一定的，故轨道型振动可得到均一的焊接面。最大振幅：线型为1.8mm轨道型为1.5mm振动焊接的振动方向轨道界接2 .接合部的接合形状下图为最具代表性的接合形状例。一般来说，只要在接合面之间有可供发生摩擦的接触面即可。但当制品厚度较薄或者是过于细长时，为了防止偏移、污点而设置钩型的凸缘（b）,当

9、焊接时出现飞边等外观问题时，则设置飞边滞留（ce）o3.焊接条件焊接条件取决于加压、振幅、焊接量：a、加压：采用低压，则可以得到较高的焊接强度b、振幅：几乎不受振幅的影响。c、焊接量：因材料而异受限的凸掾蜜设见飞边滞用谀计例总厚度3mni4.延锋公司振动焊接举例在仪表板生产区域用到振动焊接，设备供应商为彳惠国的Branson,彳惠国的Bielomatik。以Bielomatik公司设备为例，其主要工作方式：焊接件置于下夹具中一关闭操作侧的安全门一举升装置移动至工位，并将工件的上体置入上夹具-振动单元线性振动，举升单元施加必要的焊接压力-摩擦振动使焊接区塑化-达到振动时间，或达到预定焊接位置时，

10、振动停止-冷却一举开台协同工件退回起始为好子一松开下夹具一安全门自动打开一取出焊接好的工件。设备的主要部件有：气动安全门、控制箱、主控面板、举升装置、上、下方夹具、安全防噪室等。设备参数：操作电压、频率、电流型式、满载电流、输入压力、工作频率、最大焊接压力、举升垂直行程、温度等超声波焊接1 .定义超声波焊接是熔接熟塑性塑料制品的高科技技术。由于应用此技术可取代过去生产上需要的熔剂、粘合剂、扣钉或其它机械固定法，从而提高了生产效率、降低了成本。超声波焊接原理是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40千赫兹电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随

11、后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。、7lP懂就靛量情递分子运动热饶T化一摩推|r|U工件者面摩癖郴棚2 .超声波熔接的接面设计a斜面接合该接合是利用斜面以达到完全的面接合。由于可获得均一的热能及较大的焊接面积，故焊接强度高，气密性好。b逐次接合属于剪切焊接，由振动方向的面接触结合部获得均一的热量，其气密性、焊接强度都十分良好。但是，焊接后所产生的飞边会滞留在表面，特别是不允许有飞边产生时，一定要注意。c剪切接合介

12、于前面所说的斜面接合与逐次接合之间，由于气密性好，能有效地焊接圆形以外的形状，因而经常被使用。d能源定向接合这种方式是将能源集中在被称为定向的三角形的凸起部分，由反复冲击产生的热量的接合设计方式。具优点是，形状简单，接合部分的限制较小。但对于结品性塑料，过分的局部发热引起软化，熔融，从而引发出压焊应力损失，气密不良等问题，必须引起注意。3 .焊接条件作为超声波焊接的条件，最重要的是施加焊接能源的时间（振动、焊接时间）长短和压力，当然，其他条件也是很重要的。焊接温度超过被焊接材料的粘流温度。否则材料不会熔化。与振幅有关，振幅越高，温度上升越高。加压力使用圆柱形的工具对成型品进行加压。一般压缩空气

13、压力为0.10.3MPa（压力表），有时会更高一些。但是，如果采用高压的话，则会阻碍圆柱形的振动。若对玻璃纤维增强材料进行焊接时，则可适当提高压力以得到良好的焊接制品。焊接时间因材料的种类与制品的形状而异，有些成型品的焊接时间只需要0.2秒就已足够了。时间过长会造成过度焊接而产生大量的飞边与气泡，从而导致气密不良，必须注意。冷却（保持）时间对于结晶性塑料，若温度在融点以下，连接部分就会被凝固，通常加压时间保持在0.10.2秒之间。髡振开始时期以圆柱形工具与成型品相接触之前或同时发生振动为佳。若在加压状态后才发生振动，则会导致振幅损失。对被焊接材料的要求均质，严格控制金属或者应物，否则损坏焊头。

14、4 .焊机要求焊接机的焊头由下到上分为三部分：焊头、放大器和换能器。三者按照一定的比例进行放大。如换能器的振幅为6mm,则放大器可以放大三倍至18mm,到焊头的振幅可增加到36mm。当然，振幅增加，焊头的寿命会降低。被焊接的材料不同，所需要的振幅也不相同。如PE,PP,ABS的振幅为18-20mm,PC的振幅为25mm。焊头材料一般有三种：钛：昂贵，性能最好，韧性好，加工困难。摩擦损耗小，振幅大可以达到60mm；铝合金：便宜，磨损快，振幅不能超过30mm,容易加工；钢：很硬，最不适合作焊头，振幅不能超过25mm,适于切割，需要增加吹风管，便于冷却。5 .延锋公司超声波焊接举例在GPIV仪表台中

15、使用了Branson超声波焊接设备。设备采用驱动形式，焊接时工件放入为工件特制的底模中，底模安装在机器平台上，在双滑动台驱动下可以作X-Y方向上移动，配以上下移动的焊接单元，保证工具每一点焊点的要求。系统的工作方式：手动将仪表台各焊接件放置在底模上，并正确定位工件按下启动按钮、自动加紧工件、安全门自动关闭，系统开始自动工作工件探测-前后平台移动到焊接工位-焊接单元下，完成第一组焊接-焊接单元退回-前后平台退回-左右平台移动到焊接工位-焊接单元下，完成第二组焊接-焊接单元退回一左右平台退回并放松加紧机构一安全门自动打开一手工取出焊好的工件设备的主要组成部分：机器、底模、超声波部分、焊接单元部分、

16、电气控制部分。在前后门槛、前后保险杠、C、D柱、PASSAT门板、POLO241上装饰板等产品中广泛采用了超声波焊接工艺。除上述Branson公司外，焊机设备供应商还有RINCO超声波公司，LUHR公司等。哀戚率感应加德焊接例高频焊接对磁性体或导电体施加高频率磁场，利用过电流损失所引起的热能使制品软化，以达到二种制品焊接在一起的方法即高频焊接法。产生高频磁场的最为常用的方法是，利用高频电流通过线圈，从而得到一个强大的高频磁场。一般而言，发热体为铁、铝、不锈钢等金属丝或金属片，但也使用添加一些磁性体的塑料、塑料薄膜。也有利用高频率感应加热，用于金属部件的嵌入等。延锋公司采用KIFEEL公司的高频

17、焊接机焊接门内板。激光焊接利用激光能量来焊接两个成型品的一种技术。其要点在于“透射激光的材料”与“吸收激光的材料”两者的组合。俯射的激光径直穿过上侧的“透射激光的材料”，然后被下侧的“吸收激光的材料”吸收。这样一来，成型品之间产生的热量使树脂熔化，从而把两个成型品焊接在一起。激光辆脂吸收激光后会在其能昆的作用下发生熔化透射激光的轲脂吸收激光的树脂、这样一来.两者就会焊接在一起,这种焊接方法适用于超声波焊接、振动焊接、热板焊接等都不适用的场合、薄壁制品以及超精密部件。激光焊接还可大致分为3种，可根据用户需要来选用。轨迹焊接弓和激光扫描方£处理时间长.但自由度报高日使用多道激光仅焊接所、

18、需部分的一种方法专用于特定制品.但处I理时间很蓝：使用罩板仅焊接所需;部分的一种方法，可通过更改基板来应用.I处理时而疑忘,J最近TWI（英国焊接协会）通报了一种聚乙烯膜的高速激光焊接方法，应用CO2和NdYAG激光，焊速达500m/min,焊接强度接近原料母体原料。TWI还获得ClearWeldTM透射焊接（transmissionwelding）的专利，这种技术是在两个可透射的塑料连接表面使用一种无色的红外线吸收介质，从而这两块光学透明的塑料在进行激光焊接后几乎看不见接缝的存在。Branson公司也推出了新的激光IRAM焊接技术，详见后文有关设备的介绍。几种先进的车用塑料焊接设备介绍Bra

19、nson（必能信）超声波公司是一家全球领先的塑料焊接设备和精密清洗设备公司，致力于设备的设计、开发、制造和销售，在全球拥有超过20000名员工，70个销售网点。制造基地遍及美国、墨西哥、加拿大、德国、斯洛伐克、中国、香港和日本。今天在纽约的Rochester,他们开发和制造的产品除超声波焊接机外，还包含：线性振动摩擦焊机，轨道振动焊机，激光IRAM焊机，热板焊机、旋转焊机等。下文将重点介绍Branson公司的最新设备，借此可对全球塑料焊机情况有所了解。Branson的超声波焊机有手动型单个工作站，也有全自动型。它的2000系列超声波系统可提供20,30,40KHz频率。Branson'

20、s2000f/aef超声2000d/aed超声波焊接2000ea/ae超声波焊接波焊接系统-借助于压力系统-借助于品巨离系统-能量模式焊接2000f/aef是Branson2000超声焊系列最新产品，为想借助于压力和/或振幅分级进行优化焊接的用户建立了新标，使用户能够对实际焊机压力和焊接速度进行编程，有可供实现高水平过程控制和焊接质量的多种模式。此外该系统的电源技术含有闭环回路专利技术，在性能、连贯性和可靠性方面都有所提升。2000f可进行外形和信息的数字化管理。Branson's2000d/aed有多功能性、超级性能、轻便使用、数字化管理，有5个操作模式：时间、能力、峰值电源、崩溃、

21、绝对距离，拥有闭环超声波电源，一高性能换能器用于快速焊接。Branson's2000ea/aeffl有时间、能量补偿或峰值电源焊接模式，可进行高水平的过程控制和焊接质量。此外该系统的电源技术含有闭环回路专利技术，提供更好的性能、连贯性和可靠性。M系列振动焊机新型M系列振动焊机M624HDVW2-CM道焊机此焊机为中型线性振动焊机，采用了公司最新的两阶段数字驱动模式，为焊接件提供高频率、高能量用于焊接大型或不规则形状的热塑性塑料件，设备可在低振幅下操作（某些情况振幅可少于0,030"），降低零件间隙的要求，可用于焊接非支撑性的竖直壁板。新型HV-15S热板焊机使用伺服系统，便于更大控制BransonHV-15S热板焊机为塑料焊接系统，应用竖直加热压盘、压盘与伺服驱动的夹具耦接，与传统的机械停止相比，可使用户对焊接结果获得更大控制。该设备是焊接两种以上热塑