CN108908945A - 一种多层塑料片材的超声波焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种层塑料片材的超声波焊接方法，所述方法包括：(1)设置超声波焊接头形状；(2)定位；(3)焊接；(4)保压；(5)回位。本发明通过适当形状的焊接头设置，可以在比较软的塑料片类产品上实现无下模具情况下的焊接。该焊接的强度是永久性的，不存在因老化而降低连接强度的现象。通过本发明的超声波焊接方法可以完全取代粘结剂的使用，实现多层塑料片材填料的固定和组装。

Description

一种多层塑料片材的超声波焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种多层塑料片材的超声波焊接方法。

背景技术

制冷设备行业中冷却塔和蒸发式冷凝器等的填料类产品通常为多层塑料(如PVC)片材制品。

现有的塑料填料类片材制品的固定和组装，多数采用PVC粘结剂，通过对塑料片材的粘结来完成。由于粘结剂本身的严重挥发会导致填料的固定和组装失效，以及挥发物会对人体造成严重伤害，因此，现有采用PVC粘结剂粘接片材的方法在环保和安全两方面存在致命缺陷。另外，粘结剂本身价格高昂，提高了制造成本。

在这种情况下，需要对现有多层塑料片材制品的固定和组装方法进行改进，以克服现有技术的上述缺点。

发明内容

为了解决现有技术中粘结剂所带来的一系列问题，本发明提出一种超声波焊接方法来完全取代粘结剂的使用，通过对多层塑料片材的超声波焊接来完成填料的固定和组装。

当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，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。

通常超声波焊接的使用，需要焊接头作上模具，配合以适当的下模具共同完成焊接和成型。本发明通过适当形状的焊接头设置，可以在比较软的塑料片类产品上实现无下模具情况下的焊接，也就是底部无硬支撑的情况下焊接塑料片材类产品。该焊接的强度是永久性的，不存在因老化而降低连接强度的现象。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种多层塑料片材的超声波焊接方法，所述方法包括下列步骤：

(1)设置超声波焊接头形状：所述焊接头包括两侧两个肩部和肩部中间的头部，头部的长度小于所述多层塑料片材的总厚度，但大于除底层塑料片材外其他片材的总厚度；

(2)定位：将待焊接片材各层对齐并固定，然后将焊接头对准片材顶层表面焊点位置，焊接头振子启动；

(3)焊接：将焊接头向多层塑料片材移动，直至接触焊点位置，控制焊接头的压力和进给速度，使焊接头向多层塑料片材内部移动，直至焊接头的肩部接触片材顶层表面，到达行程终点；

(4)保压：焊接头振子停止工作，焊接头继续保持压紧所述多层塑料片材一定时间，直至片材的熔接部分实现部分冷却；

(5)回位：焊接头向上移动回位，脱离和片材的接触，片材的熔接部分在表面张力的作用下回弹，并最终形成结合部，焊接过程完成。

进一步的，所述多层塑料片材包括两层以上的塑料片材，例如两层到六层塑料片材，优选三层到五层塑料片材。

进一步的，所述多层塑料片材中的单层片材厚度均在1mm以下，例如0.5-1mm，例如0.6-0.8mm。

进一步的，所述多层塑料片材的材质包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)，聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、尼龙(Nylon)等。

进一步的，所述焊接头的头部长度为除底层塑料片材外其他片材的总厚度与底层塑料片材的1/3至1/2厚度的和。

进一步的，所述焊接头的头部为圆柱形，两侧肩部高度相同，焊接头两侧肩部的宽度分别为焊接头的头部直径的1/2至2/3。

在一个实施方案中，所述焊接头的头部直径为3-5mm，且肩部宽度分别为1-3mm。

进一步的，所述焊接头的头部顶端为圆形平面，且与肩部平面平行。

进一步的，头部顶端圆形平面的直径为头部直径的一半，且头部顶端圆形平面的高度为头部直径的1/4至1/3。

进一步的，所述结合部为铆钉铆接的形状。

进一步的，所述方法还包括：

(6)修正：根据上述焊接的效果，修正焊接头的形状和过程控制参数，再次根据步骤(1)至(5)进行焊接，如此循环往复直至达到预设焊接效果为止。

进一步的，所述方法还包括：

(7)扩大：根据达到预设焊接效果的焊接头形状和过程控制参数，使用多个焊接头并采用数控技术来实现所述多层塑料片材的大面积可靠连接。

本发明方法具有如下优点：

1、通常超声波焊接的使用，需要焊接头作上模具，配合以适当的下模具共同完成焊接和成型。本发明通过适当形状的焊接头设置，可以在比较软的塑料片类产品上实现无下模具情况下的焊接，也就是底部无硬支撑的情况下焊接塑料片材类产品。

2、该焊接的强度是永久性的，不存在因老化而降低连接强度的现象。

3、本发明工艺的使用完全替代了粘结剂的粘结工艺方法，避免了粘结剂的使用，也就完全避免了粘结剂所带来的人体伤害和安全隐患。

4、本发明工艺便于使用自动控制技术，可以极大提高生产效率，极大降低生产成本(自动控制技术的使用以及省去昂贵粘结剂的成本)。本发明工艺可以作为自动化生产的前期准备。

附图说明

图1为本发明多层塑料片材的超声波焊接方法的工艺流程图。

图2-图5为本发明一个实施方案中超声波焊接方法各步骤中焊接头和多层塑料片材的状态示意图。

其中附图标记为：

1、超声波焊接头；2、焊接头肩部；3、焊接头头部；4、焊接头头部顶端；5、顶层塑料片材；6、中间层塑料片材；7、底层塑料片材；8、片材熔接部分。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，显示了本发明多层塑料片材的超声波焊接方法的工艺流程图。该工艺流程依次包括：(1)设置超声波焊接头形状；(2)定位；(3)焊接；(4)保压；(5)回位；(6)修正；(7)扩大。

实施例2

如图2至图5所示，显示了本发明一个实施方案的超声波焊接方法各步骤中焊接头和多层塑料片材的状态示意图。

如图2所示，该实施例中塑料片材包括三层，分别为顶层塑料片材5、中间层塑料片材6和底层塑料片材7，均为聚氯乙烯(PVC)材质。焊接头1的形状如图上所显示，焊接头1包括两侧两个肩部2和中间的头部3，头部3的长度为顶层塑料片材5和中间层塑料片材6的总厚度与底层塑料片材7的1/2厚度的和。两侧肩部2的宽度分别为焊接头的头部3直径的一半；焊接头的头部顶端4为圆形平面，且与肩部2平面平行；头部顶端4圆形平面的直径为头部直径的2/3，且头部顶端4圆形平面的高度为头部直径的1/4。

如图3所示，将待焊接片材各层5、6、7对齐并固定，然后将焊接头1对准片材顶层5表面焊点位置(未显示)，焊接头1振子启动；将焊接头1向多层塑料片材移动，直至接触焊点位置。

如图4所示，因为焊接头1处于工作状态，顶层5和中间层6之间开始融化，随着焊接头1继续向下移动，焊接头头部顶端4穿过顶层5压迫中间层6和底层7，中间层6和底层7之间开始融化，其后底层7也部分融化。控制焊接头的压力和进给速度，使焊接头1向多层塑料片材内部移动，直至焊接头的肩部2接触顶层5表面，到达行程终点。由于接触面积的扩大，肩部2融化顶层5的速度较慢，此时3层片材熔接在一起，形成熔接部分8。

这里，通过焊接头1头部3和肩部2的设置，焊接头的头部顶端4可以确保无硬支撑情况下对各层片材进行熔接和穿透，而焊接头肩部2的大接触面积延缓了顶层5在肩部2下部分的融化，穿透深度受控，焊接头1推动3层片材下移至焊接头1行程终点。焊接头1振子停止工作，焊接头1继续保持压紧三层塑料片材并持续一定时间，直至片材的熔接部分8实现部分冷却。

如图5所示，焊接头1向上移动回位，脱离和片材的接触，片材的熔接部分8在表面张力的作用下回弹，并最终形成铆钉铆接形状的结合部，焊接过程完成。

需要注意的是，

1、本发明方法是专门针对多层薄塑料片(单层1毫米以下)无硬支撑条件下，运用超声波焊接技术的多层连接。

2、塑料片材进行多层连接时，各层工件对相对的位置都有严格要求，所以焊接前必须对工件定位。

3、常见的超声波焊头不适用于塑料片材无支撑条件下的焊接；按照本发明方法对焊接头的设置，可以根据需要焊接的材料和层数(2层、3层或更多层)加工特定形状的焊接头。

4、焊接的速度必须控制好(可以运用数控技术来帮助实现)，进给的量和时间必须根据片材的材料和厚度以及层数进行设定。

5、片材之间连接起来之后，必须保持焊接头与焊点在一定压力下的接触，以保证片材之间焊点的可靠。

这个过程就是一次单点的焊接。根据焊接的效果，修正焊接头的形状和过程控制参数，再次进行焊接实验，如此循环往复直至焊接效果达到预设。可以通过在数控技术下实现上述过程。

上述步骤之后，还可以包括：

根据达到预设焊接效果的焊接头形状和过程控制参数，使用多个焊接头并采用数控技术来实现所述多层塑料片材的大面积可靠连接。

运用该工艺，通过制作数控焊接机，可以对蒸发式冷凝器的蜂窝板进行焊接，取代了原产品的粘结工艺，达到了整体强度的要求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多层塑料片材的超声波焊接方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

(1)设置超声波焊接头形状：所述焊接头包括两侧两个肩部和肩部中间的头部，头部的长度小于所述多层塑料片材的总厚度，但大于除底层塑料片材外其他片材的总厚度；

(2)定位：将待焊接片材各层对齐并固定，然后将焊接头对准片材顶层表面焊点位置，焊接头振子启动；

(3)焊接：将焊接头向多层塑料片材移动，直至接触焊点位置，控制焊接头的压力和进给速度，使焊接头向多层塑料片材内部移动，直至焊接头的肩部接触片材顶层表面，到达行程终点；

(4)保压：焊接头振子停止工作，焊接头继续保持压紧所述多层塑料片材一定时间，直至片材的熔接部分实现部分冷却；

(5)回位：焊接头向上移动回位，脱离和片材的接触，片材的熔接部分在表面张力的作用下回弹，并最终形成结合部，焊接过程完成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多层塑料片材包括两层以上的塑料片材，单层片材厚度均在1mm以下。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多层塑料片材的材质包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)，聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)或尼龙(Nylon)。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊接头的头部长度为除底层塑料片材外其他片材的总厚度与底层塑料片材的1/3至1/2厚度的和。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述焊接头的头部为圆柱形，两侧肩部高度相同，肩部的宽度分别为焊接头的头部直径的1/2至2/3。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焊接头的头部直径为3-5mm，且肩部宽度分别为1-3mm。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焊接头的头部顶端为圆形平面，且与肩部平面平行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述焊接头的头部顶端圆形平面的直径为头部直径的一半，且头部顶端圆形平面的高度为头部直径的1/4至1/3。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

(6)修正：根据上述焊接的效果，修正焊接头的形状和过程控制参数，再次根据步骤(1)至(5)进行焊接，如此循环往复直至达到预设焊接效果为止。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

(7)扩大：根据达到预设焊接效果的焊接头形状和过程控制参数，使用多个焊接头并采用数控技术来实现所述多层塑料片材的大面积可靠连接。