CN107364144A - 超声波塑料焊接方法和用于实现该方法的塑料焊接结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波塑料焊接方法和用于实现该方法的塑料焊接结构，所述方法是在焊接件本体下表面设上条形凸筋，在被焊接件本体上表面设下条形凸筋，上、下条形凸筋的横截面形状为三角形，焊接开始时，使上条形凸筋的棱顶与下条形凸筋的棱顶相互交叉，同时在交叉点处保持接触；所述结构包括第一、第二塑料零件，前者下表面设有一条上条形凸筋，后者上表面设有一条或多条间隔分布的下条形凸筋，上、下条形凸筋的横截面形状为三角形，第一、第二塑料零件在水平面上按照焊接后的设计相对位置关系摆放时，上、下条形凸筋相交，且下条形凸筋不超出第一塑料零件下表面边缘。本发明可以有效弥补因材料不同造成的虚焊等焊接不良缺陷，提高产品合格率。

Description

超声波塑料焊接方法和用于实现该方法的塑料焊接结构

技术领域

本发明涉及一种适用于超声波塑料焊接的方法和用于实现该方法的塑料零件局部结构，具体是相互焊接的两个塑料零件的待焊接部位的结构，可以避免虚焊，尤其适用于车灯内部零件。

背景技术

超声波焊接原理是：超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于两个焊件的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，热量一时还不能及时散发，因此聚集在焊接区域，致使两个塑料件的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的。

实践中常常会遇到要相互焊接的两个零件分别为不同材料件的情况。由于两种材料的物理性能不同，熔点也不同，可能其中一个零件的接触面并没有完全熔化，因此导致二者没有完全融合为一体，造成虚焊，焊接质量达不到要求。例如汽车车灯制造业中，灯具上广泛使用超声波焊接技术作为零部件的装配方法，零件材料不同时，例如：PC与PMMA材料的零件焊接、PC与ABS材料的零件焊接、PC与PC-HT材料的零件焊接等等，容易导致焊接效果不良，合格率降低，增加生产成本。

发明内容

本发明旨在提供一种超声波塑料焊接方法和用于实现该方法的塑料焊接结构，可以有效弥补因材料不同造成的虚焊等焊接不良缺陷，提高产品合格率。

本发明的主要技术方案有：

一种超声波塑料焊接方法，在焊接件本体的下表面设置上条形凸筋，在被焊接件本体的上表面设置下条形凸筋，所述上条形凸筋和下条形凸筋分别为一体式构造的焊接件和被焊接件的一部分，所述上条形凸筋和下条形凸筋的横截面形状均为三角形，焊接开始时，使所述上条形凸筋的棱顶与所述下条形凸筋的棱顶相互交叉，同时使二者在交叉点处保持接触。

所述焊接件的熔点高于所述被焊接件的熔点，所述上条形凸筋的高度大于所述下条形凸筋的高度。

所述上条形凸筋为一条，优选沿所述焊接件的下表面的最大直线尺寸方向直线延伸，所述下条形凸筋可以为一条或间隔分布的多条，所述上条形凸筋的棱顶和下条形凸筋的棱顶垂直相交或者倾斜相交，倾斜相交时，二者的夹角优选不小于80度。

所述超声波塑料焊接方法优选用于车灯内的零件焊接，所述上条形凸筋的高度不小于0.7mm，且不大于1.5mm，所述下条形凸筋的高度不小于0.2mm，且不大于0.5mm。

一种用于实现上述方法的超声波塑料焊接结构，包括待焊接的第一塑料零件和第二塑料零件，所述第一塑料零件的下部与所述第二塑料零件的上部为待焊接零件的结合部，所述第一塑料零件的下表面设有一条上条形凸筋，所述第二塑料零件的上表面设有一条或多条间隔分布的下条形凸筋，所述上条形凸筋和下条形凸筋的横截面形状均为三角形，所述第一塑料零件和第二塑料零件在水平面方向上按照焊接后的角向设计相对位置关系摆放时，所述上条形凸筋和全部下条形凸筋相互交叉，且所述下条形凸筋的两端均不超出所述第一塑料零件的下表面边缘。

所述上条形凸筋在所述第一塑料零件的下表面上沿直线延伸。

所述上条形凸筋优选沿所述第一塑料零件的下表面的最大直线尺寸方向延伸，并且在与最大直线尺寸方向相垂直的方向上，所述上条形凸筋位于所述第一塑料零件的下表面的中部，所述第一塑料零件和第二塑料零件在水平面方向上按照焊接后的角向设计相对位置关系摆放时，所述上条形凸筋和下条形凸筋垂直相交或者倾斜相交，倾斜相交时，二者的夹角不小于80度。

所述第一塑料零件的下表面和第二塑料零件的上表面可以均为平面。

所述第一塑料零件的下表面可以为长方形，所述上条形凸筋居中位于所述第一塑料零件的下表面上。

所述第一塑料零件和第二塑料零件的材质不同，所述第一塑料零件的熔点高于所述第二塑料零件的熔点，所述上条形凸筋的高度大于所述下条形凸筋的高度。

所述第一塑料零件和第二塑料零件优选为车灯内零件，所述上条形凸筋的高度优选为不小于0.7mm，且不大于1.5mm，所述下条形凸筋的高度优选为不小于0.2mm，且不大于0.5mm。

所述下条形凸筋有多条，且相互平行，相邻两条所述下条形凸筋之间的间隔优选为不小于1mm。

本发明的有益效果是：

由于超声波焊接前，待焊接的两个塑料零件的接触为点接触，接触点是上条形凸筋的棱顶与下条形凸筋的棱顶的交点，超声波所传递的高频振动的能量集中在所述接触点上，使得零件发热的温度提高，即使两个零件的材料不同，待焊接部位都可以达到熔化状态，使两个零件的待焊接部位融合得越充分，从而提高焊接质量，避免虚焊。

本发明通过对待焊接的两个塑料零件的待焊接区域的结构所做特殊设计，解决了由于材料不同造成的焊接不良问题，可大幅提高产品合格率，且结构简单，成本低廉，并且不改变焊接后产品的设计结构和尺寸。

附图说明

图1是本发明的超声波塑料焊接结构的一个实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例处在超声波焊接开始时的状态的正面结构示意图；

图3是图1所示实施例处在超声波焊接开始时的状态的侧面结构示意图；

图4是图1所示实施例超声波焊接后所形成结构的示意图；

图5是所述第二塑料零件的第二个实施例的结构示意图；

图6是所述第二塑料零件的第三个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种超声波塑料焊接方法，是在焊接件本体的下表面设置上条形凸筋，在被焊接件本体的上表面设置下条形凸筋，所述上条形凸筋和下条形凸筋分别为一体式构造的焊接件和被焊接件的一部分，也就是与相应本体采用的同一种材料。所述上条形凸筋和下条形凸筋的横截面形状均为三角形。焊接开始时，使所述上条形凸筋的棱顶与所述下条形凸筋的棱顶相互交叉，同时使二者在交叉点处保持接触。

当所述焊接件和被焊接件采用不同材质制成时，将熔点较高的作为所述焊接件，熔点较低的作为所述被焊接件，并使所述上条形凸筋的高度大于所述下条形凸筋的高度。

所述上条形凸筋一般只设置一条，优选沿所述焊接件的下表面的最大直线尺寸方向直线延伸。所述下条形凸筋可以设置一条或间隔分布的多条，焊接开始时，所述上条形凸筋的棱顶和下条形凸筋的棱顶垂直相交或者倾斜相交，倾斜相交时，二者的夹角优选不小于80度。

所述超声波塑料焊接方法优选用于车灯内的零件焊接，相应地，所述上条形凸筋的高度优选不小于0.7mm，且不大于1.5mm，所述下条形凸筋的高度优选不小于0.2mm，且不大于0.5mm。

所述超声波塑料焊接方法能解决因两个待焊接零件的材料不同导致的虚焊问题，相关原理在下文的超声波塑料焊接结构中一同说明。

本发明公开了一种超声波塑料焊接结构，用于配合实现上述超声波塑料焊接方法。如图1-4所示，包括待焊接的第一塑料零件1和第二塑料零件2，所述第一塑料零件的下部与所述第二塑料零件的上部为待相互焊接部位，即待焊接零件的结合部。所述第一塑料零件的下表面设有一条上条形凸筋11，所述第二塑料零件的上表面设有一条或多条间隔分布的下条形凸筋21，所述上条形凸筋和下条形凸筋的横截面形状均为三角形，三角形的具体形状不限，三角形的一条边在相应表面上，与该边相对的顶点位于相应零件的表面之外。所述上条形凸筋和下条形凸筋在各自所属零件上的设置方位是有要求的，该要求是：所述第一塑料零件和第二塑料零件在水平面方向上按照焊接后的角向设计相对位置关系摆放时，所述上条形凸筋和全部下条形凸筋相互交叉，焊接开始时，上、下条形凸筋相接触，为了方便观察，图1中第一、第二塑料零件上下分离，只是在水平面方向上的相对位置关系符合焊接后的设计相对位置关系，图1所示上、下条形凸筋异面相交。此外，该位置时，所述下条形凸筋的两端均不应超出所述第一塑料零件的下表面的边缘。所述下条形凸筋的数量可以根据所述第一塑料零件的大小增加和减少，最少有一条。

超声波焊接前，先将第一、第二塑料零件一上一下放在指定位置，使第一塑料零件的上条形凸筋与第二塑料零件的下条形凸筋接触，并且使二者在水平面方向上的相对角向位置关系满足焊接后的设计相对角向位置关系要求，如图2、3所示，即此时需要所述上条形凸筋与下条形凸筋相互交叉，且下条形凸筋的两端均不超出所述第一塑料零件的下表面的边缘，然后再进行焊接。

随着焊接的进行，上、下条形凸筋逐渐熔化，二者相互接触的面积也从小变大，在压力的同步作用下，第一塑料零件的下表面最终与第二塑料零件的上表面贴合并融合成一体，如图4所示，由此实现了第一、第二塑料零件的超声波焊接。由于超声波焊接前，第一、第二塑料零件的接触为点接触，接触点是上条形凸筋的棱顶与下条形凸筋的棱顶的交点，超声波所传递的高频振动的能量集中在所述接触点上，使得零件发热的温度显著提高，即使两个零件的材料不同，上条形凸筋与下条形凸筋都可以达到完全熔化状态，使两个零件的待焊接部位融合得更加充分，从而提高焊接质量，避免虚焊。

所述上条形凸筋在所述第一塑料零件的下表面上沿直线延伸，结构简单，便于掌控高频振动能量集中点。更优的是，所述上条形凸筋沿所述第一塑料零件的下表面的最大直线尺寸方向延伸，上条形凸筋的长度接近但略小于所述第一塑料零件的下表面的直线最大尺寸，并且在与最大直线尺寸方向相垂直的方向上，所述上条形凸筋位于所述第一塑料零件的下表面的中部，使焊接能量更多地集中在第一塑料零件的下表面的中部，并能普遍均匀地辐射到该下表面的边缘各处，有利于焊接时两个表面的融合。

通常，所述第一塑料零件的下表面和第二塑料零件的上表面均为平面。

所述第一塑料零件的下表面和第二塑料零件的上表面的形状通常与其各自所属零件的结构有关，可以是各种可能的形状，具体不限。附图所示的所述第一塑料零件的下表面为长方形，所述上条形凸筋沿该长方形的长度方向延伸，在其宽度方向上居中布置。

当第一塑料零件的下表面的最大直线尺寸越大时，所述下条形凸筋的数量可以设置越多。当所述下条形凸筋有多条时，它们优选为相互平行。相邻两条所述下条形凸筋的间距可根据需要设置成相等或不等。

通过超声波焊接，所述第一塑料零件和第二塑料零件最终融合为一体，理论上把任意一个零件焊在另一个零件上都是可以的。本发明优选将所述第一塑料零件作为焊接件，将所述第二塑料零件作为被焊接件，或者说，把上条形凸筋设置在焊接件上，把下条形凸筋设置在被焊接件上，且所述上条形凸筋的高度大于所述下条形凸筋的高度，其中第一塑料零件的熔点高于第二塑料零件的熔点。

下面以上、下条形凸筋的高度分别为0.7和0.2mm的车灯内零件的超声波焊接为例，说明焊接过程。超声波焊接时，第一塑料零件的上条形凸筋首先与第二塑料零件的下条形凸筋点接触，超声波的能量是从焊头直接传递到焊接件上，在超声波工作频率下，由于接触面积最小，能量最为集中，升温最显著，能够确保达到第一、第二塑料零件的熔点以上，因此熔化最方便、迅速。当对第一、第二塑料零件加压时，第二塑料零件上的0.2mm高的下条形凸筋因高度和长度均很小，因此体量小，先被完全熔化，于是第二塑料零件的上条形凸筋与第二塑料零件的上表面接触。由于上条形凸筋的棱顶上此前的接触点之外的部位此时大部分仍然为棱边，因此上条形凸筋与第二塑料零件的上表面之间大部分为线接触，能量仍然较为集中，可保证上条形凸筋的进一步熔化，且由于此时上条形凸筋已经有局部熔化，下条形凸筋已全部熔化，这种存在状态有利于材料分子间的化学结合，所以在同等压力及工作频率下，焊接不仅能顺利进行，而且能保持更好的熔接效果。最后当第一塑料零件的上条形凸筋完全熔化时，第一、第二塑料零件为面接触，通过正常的工作压力及工作频率无法让两个零件继续熔化。冷却后，第一、第二塑料零件结合为一体。

所述上条形凸筋的高度优选为不小于0.7mm，且不大于1.5mm，所述下条形凸筋的高度优选为不小于0.2mm，且不大于0.5mm。将上、下条形凸筋的高度限定在上述范围内，既能获得最优的焊接质量，又能保持最小的超声波焊接压力及工作频率，因此能以最低的成本获得最好的质量。

多条所述下条形凸筋相互平行时，相邻两条下条形凸筋之间的间隔优选为不小于1mm。所述上条形凸筋和所述下条形凸筋的设置方位应确保：所述第一塑料零件和第二塑料零件在水平面方向上按照焊接后的角向设计相对位置关系摆放时，所述上条形凸筋的棱顶和下条形凸筋的棱顶相互垂直，或者二者倾斜相交，但至少在相互垂直位置的正负10度之间，以尽量保证二者接触处的压力和能量的集中。

本发明是一种适用于超声波塑料焊接的塑料零件结构，具体是相互焊接的两个塑料零件的待焊接部位的结构，其结构简单，成本低廉，可提高两零件超声波焊接结合力，可以应用于各种涉及到不同材料的塑料零件间进行超声波焊接的场合。当应用于汽车灯具制造时，可有效防止由于零件材料种类不同造成的焊接质量不良、虚焊，因此能够大幅提高产品合格率。

作为进一步的结构优化，所述第二塑料零件(或称被焊接件)的上部可以做成凹槽状，如图5、6所示。凹槽22可以是侧面封口或不封口结构的凹槽，所述凹槽能够容纳所述第一塑料零件(或称焊接件)的下部，即可供所述第一塑料零件的下端插入其中。且所述凹槽的横截面尺寸应保证第一、第二塑料零件焊接后，其槽壁与第一塑料零件下部的相应侧面之间保持间隙，例如0.05-0.5mm的间隙。所述凹槽的槽深优选大于所述上条形凸筋的高度，所述凹槽的槽深与所述上条形凸筋的高度的差值不小于1mm。由于所述凹槽的侧壁与第一塑料零件的相应侧面之间留有间隙，可以用于容纳焊渣，因此将第二塑料零件的上部做成凹槽状可以有效隐藏焊渣，避免焊接后焊渣对零件外观造成影响。如果是不封口结构的凹槽，优选将凹槽侧壁设置在第一塑料零件的水平延伸长度较长的侧面的外围。

所述凹槽的设置方式可以是直接在第二塑料零件的上表面上通过向下去除材料设置凹槽，也可以是在所述第二塑料零件的上表面通过设置凸起的围护结构形成所述凹槽，这种情况下，所述凹槽的槽底面优选与所述第二塑料零件的上表面平齐。

所述凹槽的槽底面优选为平面，相应地所述第一塑料零件的下表面也为平面。

所述凹槽的槽深的确定与焊渣的量有关，焊渣的量与第一塑料零件的尺寸和所述条形凸筋的尺寸有关。焊渣越多，则槽深应越大。

Claims (10)

1.一种超声波塑料焊接方法，其特征在于：在焊接件本体的下表面设置上条形凸筋，在被焊接件本体的上表面设置下条形凸筋，所述上条形凸筋和下条形凸筋分别为一体式构造的焊接件和被焊接件的一部分，所述上条形凸筋和下条形凸筋的横截面形状均为三角形，焊接开始时，使所述上条形凸筋的棱顶与所述下条形凸筋的棱顶相互交叉，同时使二者在交叉点处保持接触。

2.如权利要求1所述的超声波塑料焊接方法，其特征在于：所述焊接件的熔点高于所述被焊接件的熔点，所述上条形凸筋的高度大于所述下条形凸筋的高度。

3.如权利要求2所述的超声波塑料焊接方法，其特征在于：所述上条形凸筋为一条，沿所述焊接件的下表面的最大直线尺寸方向直线延伸，所述下条形凸筋为一条或间隔分布的多条，所述上条形凸筋的棱顶和下条形凸筋的棱顶垂直相交或者倾斜相交，倾斜相交时，二者的夹角不小于80度。

4.如权利要求3所述的超声波塑料焊接方法，其特征在于：用于车灯内的零件焊接，所述上条形凸筋的高度不小于0.7mm，且不大于1.5mm，所述下条形凸筋的高度不小于0.2mm，且不大于0.5mm。

5.一种用于实现权利要求1、2、3或4所述方法的超声波塑料焊接结构，包括待焊接的第一塑料零件和第二塑料零件，所述第一塑料零件的下部与所述第二塑料零件的上部为待焊接零件的结合部，其特征在于：所述第一塑料零件的下表面设有一条上条形凸筋，所述第二塑料零件的上表面设有一条或多条间隔分布的下条形凸筋，所述上条形凸筋和下条形凸筋的横截面形状均为三角形，所述第一塑料零件和第二塑料零件在水平面方向上按照焊接后的角向设计相对位置关系摆放时，所述上条形凸筋和全部下条形凸筋相互交叉，且所述下条形凸筋的两端均不超出所述第一塑料零件的下表面边缘。

6.如权利要求5所述的超声波塑料焊接结构，其特征在于：所述上条形凸筋在所述第一塑料零件的下表面上沿直线延伸。

7.如权利要求6所述的超声波塑料焊接结构，其特征在于：所述上条形凸筋沿所述第一塑料零件的下表面的最大直线尺寸方向延伸，并且在与最大直线尺寸方向相垂直的方向上，所述上条形凸筋位于所述第一塑料零件的下表面的中部，所述第一塑料零件和第二塑料零件在水平面方向上按照焊接后的角向设计相对位置关系摆放时，所述上条形凸筋和下条形凸筋垂直相交或者倾斜相交，倾斜相交时，二者的夹角不小于80度。

8.如权利要求5、6、7所述的超声波塑料焊接结构，其特征在于：所述第一塑料零件和第二塑料零件的材质不同，所述第一塑料零件的熔点高于所述第二塑料零件的熔点，所述上条形凸筋的高度大于所述下条形凸筋的高度。

9.如权利要求8所述的超声波塑料焊接结构，其特征在于：所述第一塑料零件和第二塑料零件为车灯内零件，所述上条形凸筋的高度不小于0.7mm，且不大于1.5mm，所述下条形凸筋的高度不小于0.2mm，且不大于0.5mm。

10.如权利要求9所述的超声波塑料焊接结构，其特征在于：所述下条形凸筋有多条，且相互平行，相邻两条所述下条形凸筋之间的间隔不小于1mm。