超聲波塑料焊接在汽車燈具中的應用

2021-11-17 18:27

近年來，隨著汽車工業及交通運輸業的快速發展，熱塑性塑料由於其優良的機械性能、光學性能、加工性能等，在汽車上的使用量越來越大。而且塑料的加工方法也發生了變化，除了常見的注塑成型、擠出成型等加工方法，人們也嚐試借用金屬和木材等加工方法，對塑料進行二次加工。其中，塑料焊接就是通過加熱熔化，使塑料部件連接的加工工藝。

汽車燈具是汽車上的一種主動安全部件，同時也是突出車輛風格的重要外飾，包含前大燈、後尾燈、前霧燈、側轉向燈、高位刹車燈等。在汽車燈具加工工藝中，塑料焊接經濟、快捷、可靠，越來越受到汽車製造工業的青睞。研究汽車燈具的塑料焊接工藝，可以為燈具的性能優化、工藝條件的設定以及製造工業的日常管理提供支持。

汽車燈具中的塑料焊接，可以分為三種:基於熱傳導的方式，如熱板焊接;基於熱輻射的方式，如激光焊接;基於摩擦的方式，如振動摩擦焊接、超聲波焊接。以下主要介紹超聲波塑料焊接工藝在汽車車燈中的應用。
超聲波焊接超聲波焊接也是基於摩擦方式的焊接，隻是摩擦生熱是用超聲波激發塑料作高頻振動產生的。當超聲波被引向焊接部位時，塑料質點被超聲波激發而作快速振動並產生機械能，並轉化為熱，燈罩和殼體焊接部位的溫度上升以至於熔化。

超聲波焊接對於燈具焊接來說，是最常用的焊接方式之一。而且是最快捷的焊接方式，超聲波焊接的焊接時間通常在1s以內。超聲波焊接采用的是高頻率、低振幅的焊接方式，因此焊接質量也較高，焊接頻率的範圍為20kHz～40kHz，振幅的範圍為2.5μm～0.25mm。超聲波焊接的焊接設備包含四個基本構件:高頻電流發生器、換能器、焊具、底座。

影響焊接質量的工藝參數有:頻率、振幅、焊接時間和焊接壓力。由於頻率決定於焊接設備的選擇，以下主要討論其他三個影響的工藝參數。

1振幅
振幅是燈具進行超聲波焊接時，首先需要考慮的工藝參數。由於焊接材料本身的物理性質不同，焊接材料對振幅變化的敏感性也不同。因此，每種材料都有其達到熱熔的最低振幅。因此所選擇的振幅必須大於最低振幅，焊接材料才能達到熱熔的效果，而且焊接強度與振幅的關係也十分密切。燈具常用材料的振幅範圍:ABS(20μm～30μm)、PM-MA(20μm～35μm)等。燈具超聲波焊接所用的振幅，必須隨著焊接材料和燈具焊接麵的形狀進行調整。

2焊接時間
焊接時間是指超聲觸發開始，到停止對焊接部位加壓為止，包含超聲時間和保壓時間。焊接時間越長，傳遞到被焊接部位上的能量越多，則升溫越快，塑料熱熔就越多，焊接效果越好。但是焊接時間也不能過長，焊接時間太長，燈具焊接部位容易產生溢料、飛邊等外觀問題，影響燈具的外觀質量。

3焊接壓力
一般來說，需要對燈罩和殼體施加一定的壓力，使焊接部位的表麵有一定的接觸，從而達到焊接的效果。壓力過低，焊接部位的表麵接觸效果不好，則需要較長的焊接時間，同時焊接強度也不好。壓力過高，焊接部位有可能發生表麵破裂，影響焊接質量。因此，以上三種工藝參數需要綜合進行調整，才能得到優良的焊接質量。

此外，影響超聲波焊接的因素還有熔點、材質、添加劑等。所焊接的兩種塑料的熔點要盡可能接近。吸濕性材質的樹脂，含水量過大，會影響焊接強度和焊接麵的外觀。有些添加劑會提高焊接效果，但是含量也不能過大，否則會產生相反的效果。

隨著汽車工業的發展，汽車燈具的發展更是越來越快，各種塑料焊接技術也得到了長足的發展。但是塑料焊接機製複雜，焊接質量受各種因素影響。除了采用試驗設計方法進行工藝參數調整外，可以引入有限元分析，模擬焊接過程中工藝變化對應關係，減少試驗次數，降低生產成本。隨著研究的不斷深入，各種塑料焊接技術的影響因素會越來越明確，從而塑料焊接技術在汽車燈具行業將得到更好的應用。

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