一件塑料成品可能由多種材料或部件制成，要將各部件結(jié)合起來(lái)，可使用機(jī)械固定件、粘合劑及焊接工藝。在這三種接合方式中，機(jī)械固定件可快速將兩種部件連接，但接縫的防漏功能較差，局部應(yīng)力也會(huì)容易使聚合物材料之間脫離；粘合劑可形成防漏功能優(yōu)良的接縫，可是其處理難度較大，固化速度慢。同時(shí)，采用粘合劑粘合時(shí)，接縫準(zhǔn)備程序和表面清潔度要求較高；而焊接工藝的效果最佳，可產(chǎn)生粘合穩(wěn)固的接縫，其力學(xué)性能接近于母體材料，且焊接形式多樣，可根據(jù)不同材料、尺寸和用途而使用不同的焊接工藝。
所謂塑料部件的焊接，就是采用加熱的方式使兩個(gè)熱塑性塑料部件的表面同時(shí)熔融，在外力的作用下使兩個(gè)部件結(jié)合為一體。塑料焊接工藝可分為兩類(lèi)：一是機(jī)械移動(dòng)式焊接工藝，包括超聲波焊接、摩擦焊接和振動(dòng)焊接；二是外部加熱式焊接工藝，包括熱板焊接、熱氣焊接和植入焊接。根據(jù)加熱方式的不同，還可以分為加熱工具焊接、感應(yīng)焊接、超聲波焊接、高頻焊接、熱板焊接、激光焊接、振動(dòng)摩擦焊接、紅外線焊接、熱樁焊接以及熱風(fēng)焊接等。
在現(xiàn)代車(chē)輛的外裝飾件、內(nèi)裝飾件、功能件與結(jié)構(gòu)件上，到處可以看到塑料制件的影子。由塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料，達(dá)到了十分突出的減重效果，這對(duì)于節(jié)約能源、降低溫室氣體排放都具有重要的意義。
如汽車(chē)塑料進(jìn)氣歧管替代金屬可減輕40%~60%的質(zhì)量，且表面光清、流動(dòng)阻力小，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，并在提高燃燒效率、降低油耗和減振降噪方面都可起到一定的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)用塑料品種目前已達(dá)幾十種，包括聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、ABS、尼龍和熱固性復(fù)合材料等。平均每輛汽車(chē)塑料用量已占汽車(chē)自重的5%~10%，輕量化、安全性和裝飾性的要求也帶動(dòng)了塑料焊接技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展。
目前，塑料焊接技術(shù)已被成功地運(yùn)用于汽車(chē)保險(xiǎn)杠、儀表板和儀表盤(pán)、剎車(chē)燈、安全氣囊、汽車(chē)工具箱、汽車(chē)門(mén)板以及其他與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的零部件制造工業(yè)中。隨著許多傳統(tǒng)使用金屬的零部件開(kāi)始用塑料代替，如進(jìn)氣歧管、儀表指針、散熱器加固、油箱和過(guò)濾器等，塑料焊接領(lǐng)域的新技術(shù)應(yīng)用及技術(shù)研究得到了非常好的發(fā)展機(jī)遇，低能耗、高效率、無(wú)毒且無(wú)污染的焊接設(shè)備將成為今后汽車(chē)焊接線上的技術(shù)進(jìn)步趨勢(shì)。
紅外線焊接
在上述焊接工藝中，紅外線焊接技能以其特有的優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越受到市場(chǎng)的青睞，其一大長(zhǎng)處是采用非接觸式的加熱方法對(duì)塑料工件進(jìn)行加熱。兩個(gè)待焊接的零件表面在紅外線的映照下可疾速凝聚，經(jīng)壓合冷卻后即粘接在一起，并可獲得極高的焊接強(qiáng)度。這就意味著即使是復(fù)雜的三維待焊接面也可以被塑化，相應(yīng)地，很多采用其他焊接工藝不能完成的設(shè)計(jì)方案在此就可以被隨意地完成。因此，紅外線焊接技能特別適合用于復(fù)雜曲面的零件以及大型結(jié)構(gòu)性塑料零件。經(jīng)紅外線焊接后的兩個(gè)部件，它們之間的接合強(qiáng)度遠(yuǎn)比采用其他焊接工藝的強(qiáng)度要高。部件間的焊縫可抵達(dá)100%的氣密性，因而不會(huì)有漏風(fēng)或漏液體的現(xiàn)象發(fā)生。與汽車(chē)行業(yè)中常常采用的振動(dòng)摩擦焊接相比，經(jīng)紅外線焊接的部件不會(huì)在焊縫處出現(xiàn)焊渣或飛邊，因此極其適用于大型汽車(chē)零部件，如儀表板、中控臺(tái)和門(mén)護(hù)板等，以及一些復(fù)雜曲面的小型部件，如過(guò)濾器、排風(fēng)系統(tǒng)元件和剎車(chē)油盤(pán)等部件的焊接。作為一家具有多種焊接技能的制造商，德國(guó)FRIMO公司供應(yīng)的紅外線焊接設(shè)備是一種基于短波紅外線的發(fā)生器，其特征是啟動(dòng)和封閉都非常快速。
在疾速移動(dòng)到待加熱的塑料零件表面后，僅需短短的數(shù)十秒鐘，即可將工件的表面按設(shè)定的深度極速塑化。
熱風(fēng)焊接
所謂塑料部件的熱風(fēng)焊接，是利用壓縮空氣或惰性氣體經(jīng)過(guò)焊接中的加熱器加熱到焊接塑料所需溫度的熱氣流（典型的溫度為200℃~300℃，流速達(dá)15~60L/min），同時(shí)對(duì)焊條和焊件加熱，當(dāng)材料表面軟化達(dá)到黏稠狀態(tài)時(shí)，焊條連續(xù)壓進(jìn)到焊縫中。焊條材料完全與母材成份相同，通常是圓形的（直徑約3mm），焊接厚板時(shí)采用多焊道焊接。圓形焊條的一個(gè)缺點(diǎn)是，在多焊道過(guò)程中空氣泡容易截留在焊縫中，造成強(qiáng)度降低，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)采用三角形截面焊條解決。可用熱風(fēng)焊接的典型材料包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、有機(jī)玻璃、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯乙烯、尼龍和ABS等。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，可用簡(jiǎn)單的便攜式設(shè)備加工大型、復(fù)雜的零部件，適用于不規(guī)則結(jié)構(gòu)。但此法速度慢，焊接質(zhì)量在很大程度上依賴(lài)于操作者的技能，故很少用于批量生產(chǎn)，通常用于修理操作。
熱風(fēng)焊接由供氣系統(tǒng)、焊調(diào)壓變壓器及其他附屬設(shè)備組成，所用的氣體隨焊件的種類(lèi)而異，如對(duì)PVC用空氣，對(duì)易氧化的聚乙烯、聚丙烯等最好用氮?dú)饣蛞谎趸?。熱風(fēng)焊接的焊縫強(qiáng)度主要取決于焊件和焊條的塑料種類(lèi)、焊縫結(jié)構(gòu)、待加工面的機(jī)械加工質(zhì)量和焊接技術(shù)。
通常，焊條的化學(xué)組成與焊件相同，但也可用主要成份相似的焊條。對(duì)圓桿狀焊條來(lái)說(shuō)，其直徑大則焊縫被加熱的次數(shù)減小，焊縫強(qiáng)度高。但如果焊條直徑超過(guò)5mm，則其外表和內(nèi)部受熱不均，可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，通常要求焊條直徑應(yīng)不大于3.5mm。圓形焊條有單焊條和雙焊條之分，后者為雙條并聯(lián)、中間有槽的焊條，與單焊條相比，它具有受熱面積大而均勻延伸率低、焊接強(qiáng)度可提高60%~70%、焊縫小且美觀等特點(diǎn)。
在焊接過(guò)程中，熱風(fēng)溫度是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。溫度過(guò)高易引起塑料降解或產(chǎn)生氣泡而影響強(qiáng)度，反之則熔合不良。在實(shí)際操作中不要求塑料焊條熔融和流動(dòng)，只需要達(dá)到軟化至黏稠狀態(tài)即可獲得良好的接合效果。焊接時(shí)，首先將焊條放在接口處，焊噴嘴朝著接口并和焊條保持一定的距離，在擺動(dòng)焊的情況下，使噴出的熱氣流對(duì)待焊的兩個(gè)表面和焊條作均勻的加熱。當(dāng)待焊的兩個(gè)表面和焊條已軟化時(shí)，就使焊條在適當(dāng)?shù)膲毫ο虏⑴c焊面保持一定的角度，沿焊接的方向作等速的前進(jìn)。
擠出焊接是熱風(fēng)焊接的一種，其熱風(fēng)用于預(yù)熱焊件，焊條的加熱熔化是使用一個(gè)微型的手持式擠出機(jī)，它將焊條擠入料筒使其熔融，再擠出到焊接表面。由于焊接表面已經(jīng)預(yù)熱黏稠，在PVDF焊靴模嘴的壓力作用下，擠出的焊料焊接在塑件上，再經(jīng)冷卻變硬使得焊接部件結(jié)合為一體。
振動(dòng)摩擦焊接
振動(dòng)摩擦焊接也稱(chēng)為線性摩擦焊接，兩個(gè)熱塑性部件在適當(dāng)?shù)膲毫?、頻率和振幅下相互摩擦，直到產(chǎn)生足夠的熱量使聚合物熔融為止。振動(dòng)停止后，部件彼此對(duì)齊，熔化的聚合物固化后便完成焊接，且固化后的接口強(qiáng)度與塑料的本體強(qiáng)度相當(dāng)。
振動(dòng)摩擦焊接類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)焊接，區(qū)別在于運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)而非旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這一焊接法十分快速，振動(dòng)頻率一般為100~240Hz，振幅為1~5mm。此焊接工藝的主要優(yōu)點(diǎn)在于能高速焊接大型復(fù)雜線性部件，以及能同時(shí)焊接多個(gè)部件，所用焊接工具簡(jiǎn)單，幾乎能焊接所有熱塑性材料，包括無(wú)定形樹(shù)脂如ABS、PC、PVC、PMMA及PES，半結(jié)晶樹(shù)脂如HDPE、PA、PP和TPO。可焊接的部件包括注塑部件、擠塑部件、吹塑部件、熱成型部件、發(fā)泡部件和沖壓部件，主要應(yīng)用于汽車(chē)和家用電器行業(yè)。
旋轉(zhuǎn)摩擦焊接是通過(guò)工件的相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)摩擦，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱能，使被焊接工件的接觸面摩擦升溫而熔化后再加壓，從而焊接在一起。該工藝不受工件尺寸和材料的限制，并且焊接強(qiáng)度比其他塑料焊接工藝更高，幾乎接近塑料的本體強(qiáng)度，適用于壁厚大、連接強(qiáng)度要求高的回轉(zhuǎn)體工件的焊接，如進(jìn)氣歧管等。
熱板熱熔焊接
熱板熱熔焊接是利用表面熱傳導(dǎo)方式，使被焊接塑料工件表面熔化的熱塑性焊接工藝。對(duì)于塑料接合來(lái)說(shuō)，熱板焊接是最簡(jiǎn)單的批量生產(chǎn)技術(shù)。高溫?zé)岚鍔A于待接縫的部件表面之間，直到表面軟化為止。此時(shí)，將熱板抽出，兩表面在受控壓力之下貼合，保持一段特定的時(shí)間后熔合在一起。然后，冷卻熔融表面從而完成焊接。
熱板焊接的焊接工具或加熱組件配有內(nèi)置電熱器，以避免塑料粘連于焊接工具上。根據(jù)待焊接材料的厚度和類(lèi)型，焊接溫度一般介于180℃~230℃之間。這種焊接方法常用于焊接供氣、供水、排水塑料管和化工行業(yè)所用塑料管的端頭，以及將加油管和接頭焊接于汽車(chē)用吹塑油箱上。熱板熱熔焊接不受零件材料和尺寸的限制，且焊接密封性好，適用于超聲波焊接難熔的塑料件和大尺寸異形工件焊接，如安全氣囊、儀表盤(pán)、遮陽(yáng)板、車(chē)載飲水機(jī)、尾燈、膨脹水箱和剎車(chē)油杯等。許多日常用品也采用這一焊接工藝，例如吸塵器外殼，洗衣機(jī)和洗碗機(jī)部件、制動(dòng)液油箱、汽車(chē)后燈和指示燈等汽車(chē)部件。熱板焊接法的弊端在于焊接速度較慢，小型件的焊接時(shí)間一般為10~20s，大型管的焊接時(shí)間則長(zhǎng)達(dá)30min。
熱板焊接設(shè)備可控制熱板焊接模具橫向或縱向移動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用氣動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或伺服電動(dòng)機(jī)推動(dòng)。熱板焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用于大小不同的工件，無(wú)面積限制，適用于任何焊接面，允許塑料余量補(bǔ)償，焊接強(qiáng)度有保證，還可根據(jù)各種材料的需要來(lái)調(diào)整焊接程序（如調(diào)整焊接溫度、焊接時(shí)間、冷卻時(shí)間、輸入氣壓、熔接溫度及轉(zhuǎn)接時(shí)間等），在焊接過(guò)程中設(shè)備能保持良好的穩(wěn)定性、一致的焊接效果及工件加工后高度的準(zhǔn)確性。
超聲波焊接
超聲波焊接的原理是通過(guò)超聲波發(fā)生器將50/60Hz的電流轉(zhuǎn)換成15、20、30或40kHz的電能，被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過(guò)換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)一套可以改變振幅的調(diào)幅器裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動(dòng)能量被通過(guò)摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能將塑料熔化，從而達(dá)到焊接的目的。超聲波不僅可以被用來(lái)焊接硬熱塑性塑料，還可加工織物和薄膜。
超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器、換能器/調(diào)幅器/焊頭三聯(lián)組、模具和機(jī)架。超聲波焊接可處理各種熱塑性部件，在焊接時(shí)，既不需要添加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡(jiǎn)便、焊接速度快、焊接強(qiáng)度高和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，該技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，絕大部分的超聲波焊接可以在0.25~0.5s內(nèi)完成。超聲波焊接適用于焊接面積較小、結(jié)構(gòu)規(guī)則和熱塑性的塑料件，如車(chē)窗馬達(dá)、內(nèi)置音響、腳墊、門(mén)板、離合拔叉、備胎箱、保險(xiǎn)杠、濾清器和前擋板等汽車(chē)部件。
激光焊接
激光焊接塑料的基本原理是，兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起，近紅外線激光NIR（波長(zhǎng)810~1064nm）透射過(guò)一個(gè)制品，然后被另外一個(gè)制品吸收，吸收激光能量的制品將光能轉(zhuǎn)化為熱能，在兩種塑料的接觸面熔化并形成一個(gè)焊接區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，激光束固定，塑料工件置于受程序控制的多維可移動(dòng)的工作臺(tái)上，激光束便沿著焊縫處快速掃描從而達(dá)到焊接的目的。如通過(guò)掩膜照射，激光束僅加熱制品上沒(méi)有被掩膜遮住的部分，可以快速焊接復(fù)雜的焊縫。
激光焊接技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：能生成精密、牢固和密封（不透氣和不漏水）的焊縫，樹(shù)脂降解少、產(chǎn)生的碎屑少；易于控制，具有良好的適應(yīng)性，可焊接尺寸小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件；極大地減小了制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力；能夠?qū)⒃S多種類(lèi)不同的材料焊接在一起。這種焊接方法能夠形成超過(guò)原材料強(qiáng)度的焊接縫，主要用于連接敏感性的塑料制品，例如線路板、有塑料零件的電子感應(yīng)器、復(fù)雜形狀的塑料制品及醫(yī)療塑料等要求嚴(yán)格密封及潔凈的制品。
目前，激光焊接技術(shù)在醫(yī)療器械制造業(yè)中得到了極其廣泛的使用，但在汽車(chē)等行業(yè)中的應(yīng)用還不是十分成熟。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，如今，已經(jīng)有多家公司開(kāi)始相繼推出激光焊接設(shè)備，而新型的塑料和添加劑，也令彩色塑料制品的激光焊接成為了可能。塑料供應(yīng)商一直在不斷地改進(jìn)其現(xiàn)有配方，以?xún)?yōu)化塑料對(duì)激光的透射率或吸收率。這些因素均使得塑料制品的激光焊接工藝得到了迅速發(fā)展。事實(shí)上，在某些應(yīng)用中，相對(duì)于超聲波焊接、振動(dòng)焊接和熱平板焊接等工藝，激光焊接更具有成本和性能方面的優(yōu)勢(shì)。
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