复合尼龙超声波焊接破裂分析与解决
作者简介:付渠,女,1975年生,研究生,曾从事锅炉设计与制造。fuqustudent @sina 1com
复合尼龙附耳薄壁圆筒件超声波焊接
破裂分析与解决
付 渠
(西南科技大学制造学院,四川绵阳621010)
摘要:介绍了尼龙玻纤复合材料带饶性的薄壁圆筒件超声波焊接时,出现的破裂情况。并对其原因进行了分析。采取有效措施解决了焊接破裂问题,使焊接零件完全合格。
关键词:超声波焊接;复合塑料;薄壁圆筒
Analyzing and Solving of Rupture of U ltrasonic Welding of
Composite Nylon Cylindrical Part With Clip
FU Qu
(College of Manufacture ,S outhwest University of Sci.and Tech.,Mianyang 621010,China )
Abstract :The rupture of ultrasonic welding of the thin cylindrical part of nylon/glass fiber composite is introduced ,and the reason of the rupture is analyzed.Effective measures were taken to solve the problems of rupture ,made all of the welded parts up to standard.
K eyw ords :Ultrasonic Welding ;Plastics Composite ;Thin Cylindrical Part
某公司有如图1所示结构的,材料为尼龙加30%玻纤(PA66+30GF )复合塑料的零件。该塑料注塑成带饶性结构的两个半圆柱形,用超声波焊接将两个半圆柱焊接成圆筒。在焊接过程中,发现图中1部分焊接破裂,甚至飞出。调节焊接工艺参数(焊接时间,超声波能量等),焊接效果不能得到改善,能量太低时,又不能起焊。因此仅靠简单的焊接工艺参数的调节是解决不了问题的
。
图1 焊接件结构示意图
1 焊接破裂的原因分析
从零件的破裂情况,焊接件是在图1中的1部分
破裂,笔者就超声波焊接原理、零件材料、结构三个方面分析其原因。
111 超声波焊接原理
针对该零件,采用超声波焊接,从超声波塑料焊接的原理来讲,它是由超声波的电振荡能量转换成机械振动能,并通过变幅器和焊接工具头传递给塑料件,这样在加压的条件下给塑料件施加超声振动,在塑料结合面之间,由于机械振动的吸收、结合区振动的反射和结合面之间微观摩擦而产生大量的热能,这些热能使塑料件在结合处产生熔合,从而实现塑料件之间的焊接。即超声波焊接会产生的机械振动,焊接件的结合面吸收振动能,受热熔合在一起。从以上原理看出,零件的结合面要吸收振动能,还要被加热。112 材料方面原因
材料为PA66+30GF ,具有强度高,刚性好,耐高温等优点,然而熔点高,熔融温度范围小,焊接性
能相对较差。因此该种材料的零件焊接时,温度变化不能过大;同时由于不容易吸收能量,所以受到的振动超出其承受范围会降低焊接精确度。113 焊接件结构分析
如图1结构所示,1部分相当于一个悬臂梁,具
(下转第145页)
?134 ?塑料工业
CHINA PLASTICS INDUSTR Y 第33卷增刊2005年5月
图3),其斜率即为2K g。此法用于本文使时,T o
m
=501 K,T=323K[11],结果见表1。从表1可看出,K g值随纳米TiO2含量的增加而升高,说明纳米TiO2阻碍了尼龙6分子链的移动,使其结晶速率降低,同时尼龙6由晶核生长占主导地位逐渐向成核机制占主导地位转变。
3 结 论
1)MC尼龙6及其原位纳米复合材料的等温结晶行为具有很强的温度依赖性,随结晶温度的提高,结晶速率降低。
2)纳米TiO2对MC尼龙6基体具有异相成核作用,使其原位纳米复合材料结晶速率常数变大,半结晶时间变小。
3)采用Hoffman成核结晶理论计算MC尼龙6及其原位纳米复合材料的K g发现,原位纳米复合材料的K g大于MC尼龙6且随着纳米含量的增加而增加,说明纳米TiO2阻碍了MC尼龙6分子链的运动,同时尼龙6由晶核生长占主导地位逐渐向成核机制占主导地位转变。
参 考 文 献
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(上接第134页)
有很强的饶性。在焊接时,受到振动后的变形较其它部分更加明显。
综合以上三个方面分析,得到该零件焊接破裂的原因是因为材料的刚性好,强度高不容易吸收振动能,加之其悬臂梁结构,不能接受强的振动能,而又采用靠超声振动来焊接的方法,三个方面加一起导致了零件的破裂。
2 解决方法
找到了焊接破裂的原因,针对这些原因,可以有以下一些解决的方法:1)零件选用其它的材料来代替;2)更改零件的饶性结构,将图1中的部分1,减少饶性;3)减少饶性结构受到的能量;4)改用其它焊接方法。
因为该零件的使用要求,是材料的刚性好、强度高;同时更改结构也是不太方便和经济的。用超声波焊接方法来焊接塑料有其优越性,外观好且不需要填料。比较几中解决方案,综合时间及经济效益,本实验认为方案3是较简便,较快和效益好的方案。
目前是如何减少饶性结构受到的能量。减少超声波能量,零件焊接不好甚至不能起焊;将零件受到的能量吸收或传递一部分,达到减少能量的目的。开始用金属条置于零件上传递能量,焊接合格率达到80%,除去操作失误,用金属条吸收能量,焊接结果不能保证100%。此方法不是理想的解决办法。因此实验采用聚氨酯弹性体,因其具有很好的吸能减振的作用。在饶性结构处的夹具上涂上聚氨酯材料,在超声波焊接时吸收部分能量,经过实际操作焊接,焊接牢固,接口强度高,表面外观质量好,无溢流和毛刺等现象,焊接后零件完全合格。
3 结论
塑料零件的应用越来越多,塑料的焊接也开始倍受关注。超声波焊接越来越得到广泛的应用。以上材料超声波焊接零件破裂问题的成功解决对一些难焊接塑料件的焊接具有参考意义。
参 考 文 献
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第33卷增刊陈婉吟等:MC尼龙6/TiO2原位纳米复合材料等温结晶动力学的研究?145
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