塑料焊接技术：8 种经过验证的方法及其优点

对于刚接触塑料零件制造的人来说，“焊接”一词可能有些陌生。一般来说，焊接是指通过熔化和熔合两种金属来连接它们的过程。然而，焊接涉及通过热量熔化两个或多个部件，无论是金属还是塑料。

塑料焊接具有广泛的工业应用，并且存在不同的塑料焊接技术。本文讨论塑料零件的焊接、其一般步骤以及塑料行业零件制造中使用的八种塑料焊接技术。

什么是塑料焊接？

焊接塑料是一种适用于塑料零件制造的工艺，用于连接两个兼容的热塑性塑料零件。它包括准备两个热塑性部件，将它们在建议的接头中压在一起，并使用多种加热技术将它们加热。此外，所使用的加热技术主要取决于塑料材料。例如，超声波塑料焊接通常用于 PVC，因为它不涉及直接加热，从而导致材料散发危险烟雾。

在加热和冷却过程中连续施加压力在两个部件之间形成分子键。因此，与粘合剂和铆接等其他塑料连接工艺不同，塑料焊接接头非常坚固。塑料焊接已广泛应用于医学、电子、建筑等领域。

更多：了解铆接与焊接之间的差异。

焊接塑料的 3 个步骤

焊接两种由注塑或其他工艺制成的半成品塑料树脂可能具有挑战性。因此，本节向您展示如何焊接塑料的步骤，无论采用何种焊接技术。

第 1 步：设置工作空间并清洁塑料

首先要做的是建立一个工作区。工作场所需要适当的通风，因为大多数加热技术都会排放危险的烟雾。除此之外，操作人员应穿戴防护装备。

清洁热塑性塑料以确保高焊接接头。可以通过用肥皂和温水清洗，然后用干净的无绒布擦干塑料来实现清洁。另外，建议您使用甲基乙基酮 (MEK)、80 块砂纸或油漆刮刀等液体溶剂去除污渍。

第 2 步：连接塑料

夹住并用胶带粘住两个塑料件以形成并固定所需的接头。此外，将塑料件放在工作台上并使用 C 形夹将其固定。连接塑料的方式取决于焊接技术。例如，超声波焊接仅适用于搭接接头。

第 3 步：完成焊接

冷却前修复焊缝，处理光滑度等问题。让焊接后的塑料冷却约 5 分钟或达到室温。另外，冷却后对焊缝进行打磨或采用其他表面处理工艺使其光滑。

8 种方法 塑料焊接

在塑料行业中，根据不同的加热工艺，有多种塑料焊接技术。以下是零件制造中的八种常用技术。

超声波焊接

超声波塑料焊接使用高频（15 kHz 至 40 kHz）和低振幅的机械振动来连接两种塑料聚合物。机械振动产生摩擦热，进而熔化塑料聚合物。由于机械振动，塑料聚合物之间形成分子键。因此，超声波塑料焊接接头坚固且质量最高。

超声波焊接的优点

• 吞吐量高、周转时间短
• 它非常安全，因为它不会直接加热塑料部件
• 由于采用直接加热方式，因此也适用于聚氯乙烯等材料，而聚氯乙烯因直接受热时会产生危险烟雾而闻名
• 它能产生高质量的焊接接头，从而提高其美学价值

超声波焊接的缺点

• 该方法不适用于高水分含量的热塑性塑料和硬/强热塑性塑料，例如聚丙烯
• 该工艺对于聚丙烯等厚材料并不理想，因为大多数超声波机器换能器的输出范围在 100-150 毫米之间
• 仅适用于相互重叠的关节。其他接头（例如角、对接、T 形和边缘）不兼容
• 由于需要大量工具和流程，因此交货时间较长

激光焊接

激光焊接是一种塑料焊接工艺，涉及使用激光束解冻塑料。然而，热量保持在塑料的蒸发温度以下。然后施加压力解冻，并进行冷却以强化焊接接头。

激光焊接速度快且焊接方式多样。因此，塑料激光焊接工艺有不同类型：混合焊接、同步焊接、轮廓焊接和单道焊接。然而，速度取决于工艺、塑料和激光焊接机。

激光焊接的优点

• 它可以加热整个焊接表面或单个点
• 它非常准确，因此可用于航空航天工业
• 焊接可以在室温或特殊条件下进行
• 适合焊接设计复杂的塑料
• 焊接接头具有很高的美学价值，即外观干净
• 这是一个快速的过程，使其在快速原型制作中非常受欢迎

激光焊接的缺点

• 不适合厚度塑料（0.5 英寸以上），以免导致焊接接头不良
• 它会导致焊接气孔和脆性
• 初始投资成本较高

摩擦焊接

摩擦焊接不需要直接加热来进行焊接。因此，这是一种不需要直接加热的塑料连接工艺。该过程利用摩擦原理将塑料材料连接在一起。  

它涉及通过相对移动或旋转两种塑料材料来对它们施加外部压力。该运动产生摩擦，产生热量来熔化塑料。熔化后，对两种塑料材料施加均匀增加的压力，直到形成永久接头。摩擦焊有两种类型：

连续感应摩擦焊接

程序遵循上述程序。然而，产生热量的运动来自连接到带式制动器的转子。当产生的热量高于塑料温度极限时，带式制动器随着压力的增加而停止转子，直到发生焊接。  

惯性摩擦焊接

它类似于连续感应摩擦焊。然而，发动机飞轮和轴飞轮取代了带式制动器。尽管在焊接开始时连接，但当摩擦/速度达到极限时，飞轮会分离。轴飞轮的低转动惯量使其停止。持续施加压力直至焊接接头形成。

摩擦焊的优点

• 轻松去除初始摩擦过程中存在的氧化物和污染物
• 适用于异种塑料
• 不会因低热而导致材料变形和翘曲
• 焊接接头质量高
• 焊接速度高
• 环保
• 不需要消耗品和特殊电源

摩擦焊的缺点

• 仅适用于具有相同横截面的圆钢以及角接和平对接接头
• 初始投资成本较高

高频焊接

高频焊接涉及使用电磁场 (13–100 MHz) 焊接塑料聚合物。这会在材料内部产生热量（不需要直接加热）。操作员连续施加压力以熔化塑料，直至形成焊缝，并进行排热以冷却焊接接头。  

这样可以产生坚固的焊接接头，其性能与原始材料相似甚至更好。高频焊接是最适合异种塑料材料的塑料焊接工艺。虽然可用于塑料行业，但它仅与少数材料兼容。常见的有聚氯乙烯、EVA、PET-G等PET家族成员。

高频焊接的优点

• 分割效率较低
• 热影响范围小
• 焊接速度高（约 100 至 120 m/min）

高频焊接的缺点

• 它会散发大量热量
• 根据机器的不同，其加热范围较小，即加热面积
• 接触头的消耗

振动焊接

振动焊接涉及以一定的频率和振幅摩擦塑料部件。这导致产生摩擦热，熔化接头部分并形成焊接接头。振动焊接有两种类型：

线性振动焊接

它利用一个塑料部件相对于另一个塑料部件以给定的位移移动时产生的摩擦热来熔化塑料部件的接头。振动停止后，该过程在恒定压力下继续，直到焊接接头冷却。

轨道振动焊接

它涉及以连续圆周运动向各个方向振动塑料部件的上部。这会产生热量来熔化塑料部件。振动停止达到熔点，因此焊接接头可以凝固。  

振动焊接的优点

• 不需要任何消耗品
• 无需表面处理
• 能源效率极高
• 适合焊接薄塑料材料
• 适合焊接不规则形状的塑料

振动焊接的缺点

• 焊接表面必须平整且水平
• 兼容材料有限
• 昂贵的设备

热板焊接

它涉及加热一块板并用它来熔化两种热塑性塑料的连接表面。熔化两半后，将它们放在一起并放置预定的时间，以便形成分子、永久和气密的键。

热板焊接需要极高的精度和控制。它适用于任何热塑性材料，但更适用于软质和半结晶热塑性塑料，例如 PP 和 PE。

热板焊接的优点

• 适合连接大型塑料
• 它可以产生坚固的焊接接头
• 它的循环时间很短，具体取决于达到塑料熔点所需的时间

热板焊接的缺点

• 不适合焊接0.1英寸以下的薄塑料
• 设备需要高水平的维护

热气焊接

热气焊接用于热塑性塑料制造，涉及使用手持式焊枪吹气体或空气蒸汽来加热塑料焊条和聚合物。当加热到熔点以上时，塑料材料会软化，形成焊接接头。然后冷却形成牢固的焊接接头。

热气焊接工艺适用于制造由类似塑料聚合物制成的安全壳、管道、热交换器、水箱等。

热气焊的优点

• 该设备非常便携
• 不需要电力即可运行
• 不需要任何重型机械
• 不需要太多的技术专业知识

热气焊的缺点

• 加热速度非常慢，导致过程缓慢
• 不适合较厚的塑料

旋转焊接

旋转焊接或旋转摩擦焊接是一种用于焊接具有旋转对称连接表面的热塑性零件的工艺。它涉及在压力下以单向圆周运动将部件摩擦在一起（其中一个静止）。这会产生摩擦热，使塑料熔化并粘合。焊接接头冷却后凝固。

旋转焊接的优点

• 这是一个简单的过程，需要较少的技术专业知识
• 不需要消耗品
• 能源效率高
• 与许多热塑性塑料兼容

旋转焊接的缺点

• 要焊接的塑料部件之一必须具有对称的表面
• 设置成本较高

塑料焊接的好处

用于制造的塑料焊机有很多好处，因此它在多个行业和快速原型制作中得到应用。以下是一些好处：

额外消耗品

无需额外的消耗品，例如紧固件、溶剂或胶水。因此，减少了因额外耗材而产生的并发症、风险和成本。  

与任何接头形状兼容

该工艺适用于任何形状的零件。不同焊接技术的发展使得复杂形状的加工成为可能。因此，您可以轻松焊接弯曲或不规则形状的零件。

无需通风环境

一些用于塑料的焊接技术不会产生熔丝，例如基于振动的焊接。因此，对有助于通风的防护装备和基础设施的需求极小。

经济高效的选择

该技术对消耗品的需求低且周期时间短。因此，它比铆接等其他连接方法更有效。

高度通用的焊接选择

它适用于任何尺寸或尺寸的零件。这与其他连接方法不同。例如，铆接要求零件具有最小尺寸，具体取决于铆钉。因此，唯一需要做的就是在所有塑料件焊接技术中找到最合适的一种。

比使用机械紧固件更轻

焊接塑料不需要很多耗材。因此，与使用机械紧固件和铆钉增加总重量的其他方法不同，这减少了最终焊接产品的重量。

焊缝是永久性的

与粘合剂或其他塑料连接机制相比，焊接接头是永久性的。因此，当您不希望内部组件受到损害时，这是一个合理的选择。

塑料焊接件的应用

塑料焊接适用于多个行业。以下是一些塑料焊接件及其适用行业。

航空

航空航天塑料需要精确且不影响其性能的永久焊接。因此，该工艺适合制造内饰板、储罐、托盘等塑料焊接件。

农业

垫片、PVC 围栏、水箱、水雾管线等塑料焊接件在农业领域有着广泛的应用。

汽车

汽车行业使用塑料焊接来连接塑料，以制造格栅、散热器、电池盒、轮舱衬垫、保险杠等。

海洋

该工艺还适用于制造船舶、压载舱、养鱼井、储水罐以及其他海洋环境中使用的塑料焊接部件。由于塑料的耐腐蚀性和其他特性，海洋环境中使用塑料。然而，塑料焊接件可能会被组装和焊接在一起。

管道

塑料焊接在管道中非常常见，适用于制造 DWV 管道、排水管、水龙头等。此类零件是单独生产的，需要组装。与其他塑料连接工艺不同，焊接是永久性的，这是选择它的一个重要因素。

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常见问题解答

为什么塑料应用如此广泛？

塑料具有广泛的工业应用，因为与金属相比，它们易于获得且成本低廉。除此之外，它们还易于成型和加工。它们还可以回收和修复。因此，与玻璃等材料不同，塑料破裂时不存在太大问题。

是否可以将不同类型的塑料焊接在一起？

是的，可以将不同的塑料焊接在一起。然而，与类似的塑料材料相比，粘合力不强。
相似材料的结合力最强，其次是具有相似性能的异种塑料，然后是具有不同性能的异种材料。  

焊缝牢固吗？

一方面，热塑性焊接接头非常坚固，特别是在与类似材料连接时。这是因为焊接接头具有与母体塑料相同的性能。另一方面，不同种塑料部件的焊接接头并不坚固。