CN101121300A - 聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置及方法 - Google Patents
聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置及方法，它涉及聚醚醚酮塑料接头的焊接领域。本发明为了解决现有焊接技术存在的焊接接头强度和密封性低的问题。它的装置的夹具下方置有电阻加热板，电阻加热板与工作台之间放有云母板，在焊件、夹具和电阻加热板上罩有石棉，在石棉上开有焊道口和温控口，焊头置于石棉的焊道口内，石棉的温控口设有热电偶，热电偶测量端置焊件表面，热电偶参比端置炉外连控温箱输入端，控温箱控制端连电阻加热板受控端。方法如下：一、焊件预热；二、设定参数；三、进行焊接；四、完成焊接。本发明具有减小液态树脂超声雾化倾向，使焊接接头不仅具有接近本身材质的断裂强度，而且提高接头的密封性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚醚醚酮塑料接头的焊接装置及其方法。
背景技术
聚醚醚酮塑料具有比强度高、比刚度高、抗冲击韧性强、耐高温、抗腐蚀、抗细菌等优点，因而广泛应用于航空航天工业、汽车、石油机械、食品机械、半导体制造机械、阀门机构等领域。尤其是随着聚醚醚酮塑料价格的降低，其应用范围更是快速增长。聚醚醚酮塑料的焊接技术同样也越来越受到重视。
由于聚醚醚酮塑料具有高达334℃的熔点和35％的结晶度，采用传统的塑料焊接方法焊接时，焊接效果差。采用热板焊，聚醚醚酮塑料的结晶特性使得待焊表面在离开辐射热源的瞬间就会凝固，不会产生连接。采用热气焊时，热风的温度难以达到334℃以上，也不能进行焊接。
采用普通的塑料超声波技术进行高熔点聚醚醚酮材料焊接时，必须采用30μm以上的焊接振幅，这会导致焊接过程中，在界面树脂熔体内产生严重的超声雾化现象，最终得到具有多孔状的结构的焊缝。这不仅大大降低了接头强度，而且使得焊缝的密封性能下降。另外，采用30μm以上的焊接振幅时，超声振动会对焊件上的应力集中部位产生破坏作用。而采用30μm以下的焊接振幅时，焊接界面上产生的热量不足，下焊件表面树脂不发生熔化，因而不能形成焊接接头。
发明内容
本发明为了解决现有焊接技术中存在的焊接接头的强度和密封性低的问题，而提出的一种聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置及方法。
本发明的装置由夹具3、电阻加热板4、云母板5、石棉9、热电偶12、控温箱10和超声波焊机组成；上焊件1和下焊件2置于夹具的凹槽内，夹具3的下方设置有电阻加热板4，在电阻加热板4与超声波焊机的工作台11之间放置一层云母板5，在上焊件1、下焊件2、夹具3和电阻加热板4上罩有石棉9，在石棉9上分别开有焊道口和温控口，超声波焊机的焊头7置于石棉9的焊道口内的焊件的焊接部位，石棉9的温控口内设置有热电偶12，热电偶12的测量端置于上焊件1的表面，热电偶12的参比端置于炉体外部并连接控温箱10的输入端，控温箱10的控制端连接电阻加热板4的受控端。
本发明方法的步骤如下：
步骤一：焊件预热：将上焊件1和下焊件2放入夹具3中，并通过夹具3的下方放置的电阻加热板4将焊件加热到260～300℃；
步骤二：设定参数：设定超声波焊机的焊接压力为200～500N，焊接时间为2～3s，保压时间为3～5min；
步骤三：进行焊接：启动超声波焊机，超声波焊机的焊头7在其气缸8的推动下压紧上焊件1的上表面，同时超声波焊机发出触发超声波使焊头7的振幅为25～30μm，在触发超声波和电阻加热板4的作用下焊接界面上的树脂发生熔化，形成连接；
步骤四：完成焊接：超声振动停止后，并停止电阻加热板4的加热，根据设定的保压时间继续保持焊接压力直至完成焊接。
本发明是在普通塑料超声波焊接的基础上附加其它热能，改变塑料熔化过程，具有了如下特点：
(1)通过预热的方式，克服了采用30μm以下焊接振幅焊接时界面树脂不发生熔化的问题；
(2)采用小的焊接振幅，降低了界面树脂熔体内的声压，避免了超声波焊接过程中空化泡的产生，降低了液态树脂超声雾化倾向，消除了多孔状的焊缝结构，接头强度达到母材强度的70％以上；
(3)采用整体的加热方式，焊接时焊件处于较低的弹性模量状态，进一步减小了界面树脂熔体内的声压，进一步降低了超声雾化倾向；
(4)焊缝多孔状结构的消除，焊缝的致密性与母材相当，从而大大提高了焊接接头的密封性；
(5)采用较小的焊接振幅，不仅可以避免采用昂贵的大功率超声波焊机，而且避免大振幅条件下，强烈的振动对焊接结构的损伤。
附图说明
图1是本发明焊接装置的结构示意图；图2是本发明的焊接参数示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由夹具3、电阻加热板4、云母板5、石棉9、热电偶12、控温箱10和超声波焊机组成；上焊件1和下焊件2置于夹具的凹槽内，夹具3的下方设置有电阻加热板4，在电阻加热板4与超声波焊机的工作台11之间放置一层云母板5，以防止热量的散失和保护超声波焊机的电路系统；在上焊件1、下焊件2、夹具3和电阻加热板4上罩有石棉9，起到保温的目的，在石棉9上分别开有焊道口和温控口，超声波焊机的焊头7置于石棉9的焊道口内的焊件的焊接部位，石棉9的温控口内设置有热电偶12，热电偶12的测量端置于上焊件1的表面，热电偶12的参比端置于炉体外部并连接控温箱10的输入端，控温箱10的控制端连接电阻加热板4的受控端，温控装置10通过热电耦12检测预热的温度，与设定的预热温度比较后，通过温控装置10通断电阻加热板4的电流的方式来控制焊件上的温度在预热温度值附近。本发明中采用2KW以下的、固定频率为20kHz的普通塑料超声波焊机进行焊接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于夹具3为金属材料，采用金属夹具能够保证焊件上温度分布均匀。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的步骤如下：
步骤一：焊件预热：将上焊件1和下焊件2放入夹具3中，并通过夹具3的下方放置的电阻加热板4将焊件加热到260～300℃；
步骤二：设定参数：设定超声波焊机的焊接压力为200～500N，焊接时间为2～3s，保压时间为3～5min；
步骤三：进行焊接：启动超声波焊机，超声波焊机的焊头7在其气缸8的推动下压紧上焊件1的上表面，同时超声波焊机发出触发超声波使焊头7的振幅为25～30μm，在触发超声波和电阻加热板4的作用下焊接界面上的树脂发生熔化，形成连接；
步骤四：完成焊接：超声振动停止后，并停止电阻加热板4的加热，根据设定的保压时间继续保持焊接压力直至完成焊接。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于上焊件1接头的焊接表面预制有高为0.3～0.8mm、顶角为60°～120°的三角形或半圆形导能筋6，上焊件1接头的导能筋6与下焊件2接头的焊接表面采用搭接的形式。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同点在于电阻加热板4的预热升温速度为20℃/min，其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同点在于电阻加热板4将焊件加热到270～290℃。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三不同点在于电阻加热板4将焊件加热到280℃。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三不同点在于焊接压力为300～400N。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三不同点在于焊接压力为350N。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三不同点在于保压时间为3.5～4.5min。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三不同点在于保压时间为4min。其它步骤与具体实施方式三相同。
Claims (10)
1.聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置，其特征在于它由夹具(3)、电阻加热板(4)、云母板(5)、石棉(9)、热电偶(12)、控温箱(10)和超声波焊机组成；上焊件(1)和下焊件(2)置于夹具的凹槽内，夹具(3)的下方设置有电阻加热板(4)，在电阻加热板(4)与超声波焊机的工作台(11)之间放置一层云母板(5)，在上焊件(1)、下焊件(2)、夹具(3)和电阻加热板(4)上罩有石棉(9)，在石棉(9)上分别开有焊道口和温控口，超声波焊机的焊头(7)置于石棉(9)的焊道口内的焊件的焊接部位，石棉(9)的温控口内设置有热电偶(12)，热电偶(12)的测量端置于上焊件(1)的表面，热电偶(12)的参比端置于炉体外部并连接控温箱(10)的输入端，控温箱(10)的控制端连接电阻加热板(4)的受控端。
2.根据权利要求1所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置，其特征在于夹具(3)为金属材料。
3.用权利要求1所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接装置进行焊接的方法，其特征在于它的步骤如下：
步骤一：焊件预热：将上焊件(1)和下焊件(2)放入夹具(3)中，并通过夹具(3)的下方放置的电阻加热板(4)将焊件加热到260～300℃；
步骤二：设定参数：设定超声波焊机的焊接压力为200～500N，焊接时间为2～3s，保压时间为3～5min；
步骤三：进行焊接：启动超声波焊机，超声波焊机的焊头(7)在其气缸(8)的推动下压紧上焊件(1)的上表面，同时超声波焊机发出触发超声波使焊头(7)的振幅为25～30μm，在触发超声波和电阻加热板(4)的作用下焊接界面上的树脂发生熔化，形成连接；
步骤四：完成焊接：超声振动停止后，并停止电阻加热板(4)的加热，根据设定的保压时间继续保持焊接压力直至完成焊接。
4.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于上焊件(1)接头的焊接表面预制有高为0.3～0.8mm、顶角为60°～120°的三角形或半圆形导能筋(6)，上焊件(1)接头的导能筋(6)与下焊件(2)接头的焊接表面采用搭接的形式。
5.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于电阻加热板(4)的预热升温速度为20℃/min。
6.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于电阻加热板(4)将焊件加热到270～290℃。
7.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于电阻加热板(4)将焊件加热到280℃。
8.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于焊接压力为300～400N。
9.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于焊接压力为350N。
10.根据权利要求3所述的聚醚醚酮塑料高致密性接头预热超声波焊接方法，其特征在于保压时间为3.5～4.5min。
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