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超声波塑焊机在PBT材料工艺,焊接质量有什么影

发布者:嘉能超音波  发布时间:2016-09-14  查看:次  【

文章摘要: 超声波塑焊机在PBT材料工艺,焊接质量有什么影响? 随着热塑性塑料及复合材料的广泛应用,超声波塑焊机作为一种有效的连接手段日益受到人们重视。超声波塑焊机是塑料加热连接方
超声波塑焊机在PBT材料工艺,焊接质量有什么影响?
随着热塑性塑料及复合材料的广泛应用,超声波塑焊机作为一种有效的连接手段日益受到人们重视。超声波塑焊机是塑料加热连接方法中最有效的焊接方法。但超声波塑焊机热塑性塑料的产品强度一般都比较低,难以满足产品强度要求。PBT作为一种热塑性塑料,具有高耐热性、韧性、耐疲劳性和优良的绝缘性能等。由于PBT成型收缩率大,在1.7%一2.3%,所以在实际PBT材料应用中,为改善其成型工艺,通常添加玻璃纤维添加剂来对其改性。改性后的PBT材料拉伸强度,弯曲强度,热变性温度大幅提高,焊接性能也会随之改变。

 

    热塑性材料在实际的应用中,通常是改性后的复合性材料,焊接质量会受到各种填料的影响。对改性复合材料的研究是超声波塑焊机材料研究的重要方向,对改性后的聚丙烯进行了超声波塑焊机试验,发现填料对焊接强度的影响各不相同。焊接强度随着每种填料含量的增加而下降。

    目前,国外塑料焊接设备性能优越,但价格昂贵,是国内焊接设备5~10倍。国内塑料焊接设备价格低廉,但控制精度和稳定性差,主要应用于低端产品市场。

    我们通过对该改性PBT产品超声波塑焊机工艺的研究,来开发高性价比的国产化超声波塑焊机设备,并发现波纤比例与PBT材料焊接强度和焊接参数之间的变化规律,制定最佳的焊接工艺参数,提高产品焊接工艺质量。

1试验方案

    某系列焊接产品材料为改性PBT,玻纤比例分为两种,20%和30%。焊线直径为φ70mm。

    焊后产品质量要求熔深控制在0.70~0.85mm,焊接强度≧1 000N。

    由于产品结构,材料特性以及产品焊接质量要求,使得焊接时对焊接设备和工艺参数的要求非常高。设备选型时频率需20kHz,功率需达到2500W,焊接振幅要求控制在60~125μm ,并具备熔深控制功能和焊接气压分段控制功能。根据生产现状,选用两组玻纤含量不同的PBT焊接零件:两组焊件形状结构尺寸一致,焊线设计为尖角环形结构焊线直径φ70mm ,  A组样品:玻纤含量20%;  B组样品:玻纤含量30%。

    超声波塑焊机设备选型:20kHz ,  3 000W。

    焊接模式选用熔深模式。

   PBT焊接振幅通常在60~125μm,焊头设计的最大振幅为88μm。

    故验证时使用的振幅范围在70%~100%。

验证分析焊接压力对焊接强度的影响

    实际焊接过程中发现,焊接压力在低于400N时,焊接时间过长,焊接强度低,焊接压力在大于1500N时,焊接时间过短,产生虚焊导致焊接强度低,故在我们中的验证压力范围在400~1500N。

    焊接参数设计如下。

   (1)选用A组样品焊接过程中压力不变。

    焊接参数设定:选用低压焊接和高压焊接。

    ①低压焊接压力F=500N

    低压焊接压力曲线图如图1所示。

 

    振幅A=88x85%=75μm;

    焊接熔深D=0.65mm;

    保持时间HT=0.5s。

    测试样品实际熔深范围0.73~0.78mm。

    测试样品拉拔力数据如表1。

    ②高压焊接压力F=1500N

    焊接压力曲线图如图2所示。

 

    振幅A=88x85%=75μm;

    熔深D=0.65mm;

    保持时间HT=0.5s。

    测试样品实际熔深范围0.72~0.78mm.

    测试样品拉拔力数据如表2。

    在较高的焊接压力下,焊接线受挤压压重而下陷,失去了焊接效果,形成塑料零件面与面的强迫焊接,而非三角形点的导引焊接,所以产生焊接假象,实际拉拔力较小。

   (2)  A组样品焊接过程中改变压力。

     F1=500N,F2=1500N。

焊接压力曲线如图3所示。

 

振幅A=88x85%=75μm;

熔深D=0.65mm;

保持时间HT=0.5s。

测试样品实际熔深范围0.74一0.79mm.

测试样品拉拔力数据如表3。

    根据拉拔力的测试数据发现,焊接过程改变气压,对焊接强度有明显的提高,拉拔力均值提高了一倍。

    这说明焊接过程中压力对焊接强度的影响非常明显,随焊接深度的不断增加,焊线渐渐趋于扁平,熔接需要更大的能量来使焊料熔化,压力随焊接深度的加深而不断地增加,会有效改善熔化膜形态变化过程,提高焊接强度。

1.2验证分析玻纤比例对改性PBT焊接工艺的影响

   (1)玻纤比例对焊接压力的影响。

    选用两组典型的焊接压力参数,分为焊接低压参数和焊接高压参数,对A,  B两组样品进行焊接试验。

    焊接压力曲线图如图4所示。

 

    振幅A=88x85%=75μm;

    熔深D=0.65mm;

    保持时间HT=0.5s。

   1)对A组(玻纤含量20%)样品设置不同的焊接压力参数进行试验。

    A组(20%玻纤)样品在低压和高压下的样品测试数据如下:

    低压参数曲线下的测试样品实际熔深范围0.74~0.80mm。

    低压拉拔力数据如表4。

    高压参数曲线下的测试样品实际熔深范围0.76~0.81mm。

    高压拉拔力数据如表5。

 

    从测试数据分析,A组样品(玻纤比例20% ),焊接压力小时焊接强度较大。这表明在低压参数曲线下,材料熔接效果好;而在高压参数曲线下,材料更容易被压溃,熔接时间变短,导致熔接强度反而下降。

   2)对B组(玻纤含量30%)样品设置不同的焊接压力参数进行试验。

    低压测试样品实际熔深范围0.76~0.82mm,低压拉拔力数据如表6。高压测试样品实际熔深范围0.76~0.81mm,高压拉拔力数据如表7。

    从测试数据分析,B组样品(玻纤比例30% ),焊接压力大时焊接强度较大。这表明在高压参数曲线下焊接,B样品材料熔接效果好,PBT融合区分子结构未受损。

 

    综合分析A,  B两组样品,玻纤含量比例升高,PBT材料硬度相对加大,焊接压力升高,会提高焊接强度。

    B组低压样品,焊接时间在0.7~0.8s之间,产生热量过大,引起融合区溢料显著,焊接强度反而降低。

   (2)玻纤比例对焊接振幅的影响

    玻纤含量高的PBT材料,硬度大,焊接性好,同时熔接时需熔接热量相对较少;玻纤含量低的PBT材料,材料硬度低,而熔接时需熔接热量相对较多。因此玻纤含量改变时,焊接振幅应随之有相应的变化。

    基于以上试验数据分析,A组玻纤含量低的PBT材料,适合选用相对较小的焊接压力。

    在此选用焊接低压参数曲线,匹配不同焊接振幅,进行焊接试验。

    B组玻纤含量高,适合选用相对较大的焊接压力,在此选用焊接高压参数曲线,匹配不同焊接振幅8s% ,  100% ,进行焊接试验。

   1) A组样品试验

    ①A组振幅A=88×85%=7sμm;

    熔深D=0.65mm;

    保持时间HT=0.5s。

    压力曲线参看图4。

    A组焊接低压样品拉拔力测试数据参看表4。

    ②A组振幅a=88×100%=88μm;

    熔深D=0.6smm;

保持时间HT=0.5s。

压力曲线参看图4.

A组焊接低压样品测试数据如下:

高压测试样品实际熔深范围0.76~0.83mm。

 

   

 

    根据数据分析,A组振幅较大时焊接强度较大;A组玻纤含量较低,熔接时熔接区域熔接时需热量较大,振幅较大时,能产生更多的能量,熔接更充分。

   2) B组样品试验

    ①B组振幅A=88x85%=75μm;

    熔深D=0.65mm;

    保持时间HT=0.5s。

    压力曲线参看图压力曲线参看图4。

    B组焊接高压样品拉拔力测试数据参看表7。

    ②B组振幅A=88x100%=88μm;

    熔深D=0.65mm;

    保持时间HT=0.5s。

    压力曲线参看图压力曲线参看图4。

    样品测试数据如表9所示。

    高压测试样品实际熔深范围0.76~0.79mm。

    根据数据分析,B组振幅较小时焊接强度较大;B组玻纤含量较高,熔接时熔接区域熔接时需热量较小,振幅较大时,产生热量过多,高压下融合区溢料显著,焊接强度反而降低。

2试验结果分析

    按照设计的焊接压力,对比试验焊接强度的数据来看,PBT材料需要在一定的焊接压力范围内,才能有效焊接。同时焊接过程中,恒定的焊接压力,焊接效果不佳,压力随熔深的改变而改变,才能保证焊接质量。

    同时PBT中玻纤含量的比例,对焊接参数的影响很大,焊接压力和振幅要随之变化而作相应的调整。

    从试验焊接拉拔力数据来看:

   (1) A组(玻纤含量20%) PBT产品,在振幅A=88μm,低压焊接压力曲线下(F: 400N一>700N),拉拔力均值达1376.9N≧1000N,最小试验值为1144N≧1000N,满足产品的焊接质量要求。

   (2)  B组(玻纤含量30%)  PBT产品,在振幅A=75μm,低压焊接压力曲线下(F: 650N一>1 250N ),拉拔力均值达1 582.2N≧1 000N,最小试验值为1 244N≧1 000N,亦满足产品的焊接质量要求。

    通过试验数据,得出以下规律和结论。

   (1)  PBT焊接质量受焊接压力的影响,焊接过程中压力随熔深的增加而不断增加,能有效改善焊接强度。

   (2)  PBT焊接要在一定的焊接压力范围内,才能进行有效的焊接。我们中,焊线直径φ70mm,焊接压力控制在400~1500N之间比较理想。

   (3)改性PBT中玻纤比例20%,焊接压力应相对减小,振幅相对加大,会有效改善焊接质量。建议焊接压力控制在400~800N,焊接振幅控制在75~80μm之间,焊接质量较佳。

   (4)改性PBT中玻纤比例30%,焊接压力应相对加大,振幅相对减小,会有效改善焊接质量。建议焊接压力控制在650~1500N,焊接振幅控制在80~88μm之间,焊接质量较佳。

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