試論浴缸泵塑料葉輪超聲波焊接

岑昌健

摘要：一直以來(lái)，超聲波焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的大部分塑料制品均采用超聲波焊接技術(shù)。然而，不同的產(chǎn)品對(duì)于超聲波焊接技術(shù)的要求也不盡相同，本文選擇了浴缸泵上的塑料葉輪為研究對(duì)象，通過(guò)該構(gòu)件的焊接技術(shù)要領(lǐng)來(lái)對(duì)探討超聲波焊接技術(shù)展開深入具體的研究。

關(guān)鍵詞：超聲波焊接；無(wú)痕焊接；傳導(dǎo)熔接；參數(shù)調(diào)試

0 引言

在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)焊接工藝的需求十分廣泛，提高焊接技術(shù)不僅能提高生產(chǎn)效率，同時(shí)能夠降低產(chǎn)品的次品率，并使產(chǎn)品更為美觀，密封程度更好。近年來(lái)，以塑料制品為主的輕工業(yè)在我國(guó)南部取得了飛速發(fā)展。高分子塑料具有輕便、抗腐能力好且不生銹的特性，因而被逐漸應(yīng)用于衛(wèi)浴行業(yè)的水泵制造中，取代了傳統(tǒng)的金屬水泵?；诋a(chǎn)品使用安全與經(jīng)濟(jì)效益的綜合考慮，當(dāng)前衛(wèi)浴設(shè)備的泵體部分，尤其是閉合式葉輪，均采用高分子聚合工程塑料制造。為了使產(chǎn)品更外美觀，且內(nèi)部構(gòu)件不易開裂，對(duì)產(chǎn)品焊接環(huán)節(jié)的技術(shù)就必須嚴(yán)格把控。不同于傳統(tǒng)的工業(yè)焊接技術(shù)，超聲波焊接是一種高效無(wú)痕的工業(yè)焊接工藝，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)精密的物件實(shí)現(xiàn)無(wú)損焊接，這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用充分顯示了我國(guó)輕工業(yè)制造在當(dāng)今世界的領(lǐng)先地位。

1 超聲波焊接技術(shù)概論

1.1 基本原理

在進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，超聲波將通過(guò)焊件將超聲能量傳遞到不同焊區(qū)，然后焊接機(jī)器便會(huì)在超聲波感應(yīng)到的焊接口產(chǎn)生局部高溫。利用非金屬制品導(dǎo)熱性差的基本屬性，局部生成的熱量持續(xù)作用于塑料端口，使其端口熔化。趁塑料材質(zhì)輕微熔化的時(shí)機(jī)，焊接儀器將對(duì)兩端施加外部壓力，使焊接物融為一體，并將壓力保持一段時(shí)間使凝固效果更佳。當(dāng)凝固完成以后，焊件兩端的分子結(jié)構(gòu)基本能實(shí)現(xiàn)重新整合，因此從表面上看不到焊接的痕跡。

1.2 焊接儀器種類

焊接儀器的自動(dòng)化程度也是衡量焊接技術(shù)的重要指標(biāo)之一，目前的超聲波焊接儀器可以分為半自動(dòng)焊接機(jī)、自動(dòng)超聲波焊接機(jī)以及全手動(dòng)焊接機(jī)。其中手動(dòng)焊接機(jī)工作效率較低，適用于奢侈品、高端儀器等造價(jià)較高的產(chǎn)品焊接。而對(duì)于大多數(shù)企業(yè)而言，自動(dòng)化程度更高的焊接儀器更有利于提高流水工作效率。因此，全自動(dòng)焊接機(jī)的普及將成為未來(lái)企業(yè)應(yīng)用焊接技術(shù)的大趨勢(shì)所在。

1.3 適用范圍

在工業(yè)生產(chǎn)中，超聲波焊接技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，其中主要包括電器行業(yè)、工藝品行業(yè)、數(shù)碼產(chǎn)品行業(yè)、金屬行業(yè)和輕紡行業(yè)等。

2 使用超聲波焊接浴缸泵塑料葉輪的技術(shù)要領(lǐng)

浴缸是通過(guò)水泵的液壓效應(yīng)來(lái)儲(chǔ)水放水的，其中葉輪是浴缸泵的重要構(gòu)件，因而葉輪的焊接工藝直接影響到浴缸泵的質(zhì)量。在前文中已經(jīng)提到，超聲波適用于塑料焊接，以下將詳細(xì)探討采用超聲波焊接技術(shù)完成浴缸泵塑料葉輪焊接的技術(shù)要領(lǐng)。

2.1 充分運(yùn)用傳導(dǎo)熔接技術(shù)的特性

運(yùn)用傳導(dǎo)熔接技術(shù)，可以通過(guò)超聲波的振動(dòng)來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)物體的熔點(diǎn)。這一特性對(duì)于塑料產(chǎn)品的焊接十分有益。絕大多數(shù)塑料產(chǎn)品的熔點(diǎn)都不高，因此在對(duì)塑料制品實(shí)施焊接時(shí)，需格外注意溫度的控制，使其剛剛達(dá)到熔點(diǎn)即可。如果焊接溫度明顯高于塑料熔點(diǎn)，不僅會(huì)產(chǎn)生熱能損耗，而且會(huì)使塑料制品的有機(jī)成分發(fā)生改變，造成不可修復(fù)的外觀損傷，甚至有可能揮發(fā)出毒害物質(zhì)，危害工作人員健康。

2.2 塑料葉輪的材料特性和結(jié)構(gòu)特性

優(yōu)質(zhì)的浴缸在對(duì)浴缸泵的葉輪材質(zhì)選擇上有很高的要求。從理論上講，超聲波焊接技術(shù)可以應(yīng)用到任何熱性塑料產(chǎn)品的焊接工藝中。然而在具體操作中，為了進(jìn)一步確保產(chǎn)品的外觀不受任何損傷，還應(yīng)將一些細(xì)節(jié)內(nèi)容考慮進(jìn)去。為了更好地實(shí)現(xiàn)塑料葉輪的焊接，在正式啟動(dòng)焊接工序之前，應(yīng)充分熟悉塑料葉輪的材質(zhì)特性。

焊接工藝的優(yōu)劣與材質(zhì)彈性模量中的“靜摩擦因數(shù)”熱導(dǎo)率成正比，與材料密度的“比熱容”成反正比。塑料葉輪是浴缸泵的核心部件，這一部件的工作效率直接影響到整個(gè)水泵的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)人員在選材方面充分考慮到了目標(biāo)材料對(duì)于耐腐性與抗壓性的需求。

目前中高端衛(wèi)浴品牌多采224工程塑料。該塑料具有良好的力學(xué)性能，其熔點(diǎn)和再凝固點(diǎn)都明顯高于一般塑料。

同時(shí)，為了使焊接技術(shù)臻于完美，對(duì)于塑料葉輪材料的結(jié)構(gòu)特性也應(yīng)充分了解。浴缸泵中的抽送介質(zhì)一般為清水，也可在水中混入帶有保潔效果的粉劑。當(dāng)前的葉輪結(jié)構(gòu)多采用閉式結(jié)構(gòu)，即葉片前后蓋板呈封閉狀。葉輪的制造工藝流程復(fù)雜，因而焊接時(shí)不易從結(jié)構(gòu)上把握住切入點(diǎn)。焊接人員需詳細(xì)參看有關(guān)說(shuō)明之后再實(shí)施焊接。此外，焊接時(shí)應(yīng)保證葉輪蓋板后的螺母和水口同心圓裝置不發(fā)生偏移，否則將影響產(chǎn)品的正常使用。為了保證焊接點(diǎn)的精確，可借助輔助器材來(lái)實(shí)施精度更高的定位，但如此一來(lái)也會(huì)增加焊接的成本與操作時(shí)間。葉輪的葉片呈一體狀結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)的初衷是考慮超聲波焊接過(guò)程對(duì)葉輪形位尺寸的影響，焊接工作中不應(yīng)遺漏這一技術(shù)細(xì)節(jié)。

2.3 調(diào)試好工藝參數(shù)

浴缸泵葉輪超聲波焊接質(zhì)量的技術(shù)參數(shù)較多，在實(shí)施焊接前，務(wù)必要有針對(duì)性地仔細(xì)設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，才能完成又好又快地焊接。

最重要的參數(shù)是焊接振幅。如果焊接振幅設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)造成超聲波能量的損耗，降低焊接口邊緣的熱量聚集效率。其次，對(duì)外加壓力的設(shè)置也很重要，在壓力不變的前提下，超聲時(shí)間越長(zhǎng)溢料就越多。溢料過(guò)多容易留下痕跡，影響產(chǎn)品美觀。最后是加固時(shí)間的設(shè)定。加固時(shí)間過(guò)短，則容易開裂；反之加固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則容易損壞材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響產(chǎn)品性能。

3 總結(jié)

超聲波焊接技術(shù)近年來(lái)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，尤其表現(xiàn)在對(duì)塑料材質(zhì)的焊接工藝上。但由于浴缸泵塑料葉輪的材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且熔點(diǎn)和在凝固點(diǎn)都高于普通塑料，因而作者在本文中對(duì)其超聲波焊接技術(shù)做出了有針對(duì)性的探討與研究，意在為相關(guān)人員提供參考。不足之處還望多多批評(píng)指正。