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塑料热板焊接原理及结构设计

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塑料热板焊接工艺和焊缝设计

1. 热板焊接强度

在多数情况下,热板焊接强度大于部件其它位置强度,即在恶劣工况下,首先失效破坏的往往是部件本体结构,而非焊缝位置。因此,热板焊接强度大,焊缝位置可承载。

应用应用广泛,即使对于较大的或形状怪异的零件,以及较软的复合材料(TPE、TPO、TPR),都可以采用热板焊接。热板焊接强度大,容易实现高强度密封。引擎盖下的储油罐和水箱等通常是热板焊接的。这种工艺几乎适用于所有行业。

热板机样板热板机样品

2. 可焊接塑料类型

ABS,ASA,POM,PA,PBT,PC,PC/ABS,PC/PBT,PC/PET,PE,PET,PMMA,PPO,PPS,PP,PS,PSO,PVC,PVDF,弹性体TPE。

3. 焊接过程

在热板焊接过程中,部件与加热板或红外热源接触,或几乎接触,以促进连接处的热传导。塑料熔化后,热板迅速缩回。在压力作用下,受热部件相互接触压紧,直到材料充分冷却,粘结牢固。具体可以分成以下三个阶段。

Step1:加热阶段。热板对部件焊接位置进行加热。

热板焊接原理

Step2:热板缩回。

热板焊接原理

Step3:压紧密封阶段。

热板焊接原理

热板焊接时间较长。焊接过程环保,不需要粘合剂。

热板/热源

热板里布置多条电加热棒。在设计热板时,要确保整个热板温度分布均匀。热板材料可以选择高强度铝合金,铝铜合金和钢。

热板加热模式

  • 低温模式,热板温度180℃-280℃之间。

  • 高温高速模式,热板温度高达400℃。

4. 焊缝设计

塑料焊接表面充分熔化和充分压紧是保证高强度焊接的基本条件。对于外观件,还需要控制溢料。两者都可以通过合理的焊缝设计来实现。

下面左图是焊接前剖面,右图是焊接后剖面。

热板焊接工艺

下图是典型的热板焊缝设计规范。总焊接距离(包括加热阶段熔化深度和密封阶段塌陷距离)是1.5mm,平均到每一边为0.75mm。其中一半0.375mm在加热阶段熔化,另一半0.375mm在密封阶段塌陷。注意:下图数值是英寸,转换成常用单位mm,需要乘以25.4。

热板焊接工艺设计

下面主要介绍来自EXTOL和Dukane的热板焊缝设计。

EXTOL

下图中红色层代表加热阶段的熔化深度,黄色层代表密封阶段的塌陷距离。尺寸仅供参考。

热板焊接结构

焊接面始终保持相互平行,如下图所示。

热板焊接结构设计

焊接筋两侧间隙设计

热板焊接工艺结构设计

挡料槽设计

  • 挡料槽的截面积必须大于焊缝面积的一半。

  • 焊接筋必须足够高,以避免在密封阶段,挡料槽顶端相互干涉。

热板焊接工艺设计

法兰设计对于薄壁件或无支撑的管件,可在管壁上一周增加法兰,以提供额外的治具支撑和位置控制。

塑料热板结构设计

DUKANE

热板焊接结构设计

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热板焊接结构设计

其它热板焊接设计注意事项

  • 当要求高强度/密封性焊接时,在焊缝连接处必须有工装支撑。在高强度要求的区域,强烈建议使用法兰外凸的焊缝设计。

  • 外观上允许有充足的溢料。因为在每个焊接过程中,至少有0.75mm高的材料将从焊缝中挤出。

  • 材料的选择将在很大程度上决定焊接时间和维护周期。熔点低的材料焊接时间短。玻纤含量高的材料,要定期清理维护麻烦。

  • 当曲面/斜面与平面角度大于30°时,由于无法充分压紧,因此大多数情况下焊接强度不足。应避免过大倾斜角度。


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