淺析塑料焊接技術(shù)在汽車車燈行業(yè)的應(yīng)用及設(shè)計(jì)

劉小金

摘 ? 要：文章分析研究了目前主流的幾種塑料焊接技術(shù)在汽車燈具制作中的應(yīng)用及設(shè)計(jì)，介紹這幾種方法的原理、設(shè)計(jì)方案及特點(diǎn)，并闡述了這幾種焊接加工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)焊接技術(shù)在汽車行業(yè)中的大力推廣應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：車燈行業(yè);焊接加工;設(shè)計(jì)方案

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)在國(guó)家政策的支持下得到迅猛發(fā)展，汽車的燈具設(shè)計(jì)技術(shù)也發(fā)展迅速。由于熱塑性塑料的加工性能、光學(xué)性能、機(jī)械性能均有明顯優(yōu)勢(shì)，因此在汽車行業(yè)應(yīng)用很多。常見(jiàn)的處理工藝有注塑成型、擠出成型，而通過(guò)加熱融化后進(jìn)行塑料部件連接的各種焊接工藝也越來(lái)越普遍。主要分為3種：基于熱輻射原理，如激光焊接;基于熱傳導(dǎo)原理，如熱板焊接;基于摩擦原理，如超聲波焊接、震動(dòng)摩擦焊接。

1 ? ?熱板焊接

熱板焊接主要是通過(guò)對(duì)被焊接件的加熱，讓其表面受熱融化，再將兩個(gè)原件緊緊壓合。待其貼合、冷卻后則原件硬化完成。這種焊接方法隨著所焊接燈具元件尺寸不同，采用的夾具也不同。在焊接過(guò)程中，溫度、時(shí)間、壓力這些參數(shù)都會(huì)影響焊接質(zhì)量。

熱板焊接可以讓元件從玻璃態(tài)到高彈態(tài)進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，使元件發(fā)生彈性變形。這都是在高溫的作用下讓殼體和燈罩受熱熔化發(fā)生的。溫度越高，則經(jīng)過(guò)焊接后的成品燈具強(qiáng)度越高。但熱板焊接中需要注意溫度不能過(guò)高，否則非常容易造成殼體與燈罩發(fā)生變形。成品尺寸異常、品質(zhì)較低。另外，由于燈具使用不同的材料，因此，焊接溫度要根據(jù)材料類型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。同樣，除了要調(diào)整加熱溫度之外還要調(diào)整加熱時(shí)間，時(shí)間過(guò)短，則材料熔化不夠，產(chǎn)品質(zhì)量不好。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)造成次品。

2 ? ?振動(dòng)摩擦焊接

振動(dòng)摩擦焊接技術(shù)在實(shí)踐中應(yīng)用較廣，具有對(duì)焊接表面處理不敏感、焊接設(shè)備較簡(jiǎn)單、焊接速度快等特點(diǎn)。適用于各種熱塑性塑料的焊接。材料選擇如圖1所示。焊接完后產(chǎn)品間存在應(yīng)力，需要退火處理;圖1中a區(qū)域的匹配材料，需要紅外預(yù)熱后，再振動(dòng)焊接。

車燈振動(dòng)摩擦焊接相關(guān)設(shè)計(jì)要求可參考如下（燈罩與燈殼間的定位由治具實(shí)現(xiàn)）。振動(dòng)摩擦焊接如圖2所示，焊接設(shè)計(jì)如圖3所示。

A—壓力軸與燈罩邊緣面夾角：一般45°～90°間。

B—壓力軸與拔模軸夾角：一般0～12°間。

C—振動(dòng)軸與焊接面夾角：一般0～12°間（注：振動(dòng)方向上的焊接面剖面與振動(dòng)軸夾角）。

D—拔模軸與焊接面夾角：一般60°～90°間（注：振動(dòng)方向上的焊接面剖面與拔模軸夾角）。

E—焊接深度：一般1.0～1.2間（注：壓力軸方向上的深度）。

F—焊接筋厚度：一般1.5 mm以上（注：此為端部尺寸，根部需加圓角，保證焊接筋強(qiáng)度，并外觀面無(wú)縮水）。

G—焊接面厚度：一般2.0～2.8 mm（注：肉厚大于2.0 mm，一般取等于肉厚數(shù)值）。

H—焊接筋高度：一般3.0～6.0 mm（注：此為垂直振動(dòng)軸方向上的焊接筋高度—其受力大，需保證強(qiáng)度。平行振動(dòng)軸方向可適當(dāng)加高）。

I—焊接面寬度：等于焊接筋厚度F+焊接振幅×2倍+振動(dòng)軸方向上產(chǎn)品尺寸偏差×4倍。

焊接面與焊接筋要求有：焊接面需平整，曲率R大于20 mm;非振動(dòng)方向上的焊接面剖面與壓力軸的夾角>45°;無(wú)頂針印、鑲件線、滑塊線，更不能設(shè)置澆口;無(wú)涂層液、鍍鋁、油脂—需要單獨(dú)的結(jié)構(gòu)來(lái)避免。此種方案缺點(diǎn)為對(duì)焊接面有形狀要求：盡量平整規(guī)則、焊渣多、焊接區(qū)域需遮擋、產(chǎn)品要求空間比超聲波焊接大。優(yōu)點(diǎn)有焊接的牢固性相對(duì)于超聲波焊接好。

3 ? ?激光焊接

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。在燈具焊接中，一個(gè)元件吸收激光束，另一個(gè)可以透過(guò)激光，要求這兩個(gè)元件必須滿足此條件。焊接中，將燈罩和殼體接觸到位。激光器發(fā)出激光束透過(guò)部件照射到接收部件上，在其表面激活分子轉(zhuǎn)為發(fā)熱，接觸的表面經(jīng)熱熔化后緊密結(jié)合在一起。激光焊接要求上層焊接材料具有一定的激光透光性，保證激光能從材料中透射到下層材料。下層焊接材料則必須具有一定的吸光性，若吸光性較差，不能保證完全吸收激光，則可以通過(guò)增加一定量的吸收劑增強(qiáng)其效果。

4 ? ?超聲波焊接

超聲波焊接的熱源是通過(guò)超聲波激發(fā)塑料作高頻振動(dòng)產(chǎn)生的，也是基于摩擦作用。當(dāng)焊接部位接收到超聲波時(shí)，材料被超聲波所激發(fā)做快速振動(dòng)，快速振動(dòng)又產(chǎn)生機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱量。焊接部位溫度急劇上升后熔化。在燈具焊接中，超聲波焊接技術(shù)用的最多，該技術(shù)既方便又快捷。該方法缺點(diǎn)如下。（1）對(duì)產(chǎn)品尺寸有要求：產(chǎn)品越大，設(shè)備越貴，成本越高，焊頭需要分成多塊拼接且不利于調(diào)試。（2）對(duì)焊接面有形狀要求：盡量平整規(guī)則;焊接的牢固性相對(duì)于其他類型較差。該方法優(yōu)點(diǎn)為：產(chǎn)品尺寸可做小、焊渣少、較美觀、無(wú)需遮擋、可用于外觀件。超聲波焊接材料選擇如圖4所示，等邊形狀焊筋如圖5所示，等腰直角形狀焊筋（內(nèi)側(cè)）如圖6所示，等腰直角形狀焊筋（外側(cè)）如圖7所示。焊筋的主要形狀如圖5—7所示，優(yōu)選圖5，視情況需求選擇圖6或圖7。

相關(guān)設(shè)計(jì)要求可參考如下（好的焊接效果需要有好的產(chǎn)品定位方式）。

A—焊筋角度：45°或60 °，保證足夠的硬度，以便能量傳遞。

B—焊接后間隙：一般在0.2 mm以上，安全空間，視焊接深度定，亦可用于藏焊渣。

C—焊筋高度：一般在20 mm以下，受強(qiáng)度及縮水等因素影響。

D—焊接深度：一般小于1.0 mm。常設(shè)計(jì)在0.6～0.8 mm。

E—焊筋圓角：一般R0.1～R0.3 mm。

F—焊筋寬度：一般大于1.4 mm，同時(shí)，需保證外觀面不縮水和強(qiáng)度。

G—焊筋中心到焊接面邊緣距離：一般1.0 mm以上，利于焊接支撐，提高牢固性和氣密性。

焊接面與焊接筋的要求：一般焊頭加載在硬的產(chǎn)品上（如PMMA與ABS焊接，加載在PMMA上）;盡量保證焊頭接觸面到焊接面的距離均厚，焊接效果會(huì)更好;焊接面視需求可保留模具加工火花紋，或追加蝕紋，提高焊接效果及效率;無(wú)頂針印，鑲件線，滑塊線，更不能設(shè)置澆口;無(wú)涂層液，鍍鋁，油脂—需要單獨(dú)的結(jié)構(gòu)來(lái)避免。