塑料焊接技術(shù)

第一章 概述1

第一節(jié)特種設(shè)備相關(guān)法規(guī)1

一、特種設(shè)備法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)成1

二、特種設(shè)備焊接法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系5

三、我國特種設(shè)備法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展思路7

第二節(jié)塑料焊接技術(shù)的發(fā)展歷程7

一、塑料焊接技術(shù)概述8

二、塑料壓力管道焊接技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展10

第三節(jié)塑料焊接技術(shù)培訓(xùn)的意義12

一、開展塑料焊接技術(shù)培訓(xùn)是社會(huì)發(fā)展的必然要求12

二、開展塑料焊接技術(shù)培訓(xùn)是提高焊接作業(yè)人員素質(zhì)的必要途徑13

三、焊工考試機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)是提高焊工操作技能的重要手段14

附錄1-1塑料焊工考核內(nèi)容和要求15

附錄1-2塑料焊接相關(guān)法律、法規(guī)、技術(shù)規(guī)范目錄18

復(fù)習(xí)思考題19

第二章 可焊性塑料基本知識22

第一節(jié)可焊性塑料原材料基本知識22

一、聚乙烯22

二、聚丙烯23

三、聚氯乙烯25

四、ABS塑料25

五、氯化聚氯乙烯26

六、聚偏氟乙烯27

七、改性聚四氟乙烯27

八、聚酰胺塑料28

第二節(jié)塑料管道29

一、聚乙烯燃?xì)夤懿?0

二、大口徑輸送礦漿聚乙烯管材32

三、PVC-U給水管材33

四、尼龍11管材34

五、PP-R管材34

第三節(jié)塑料板材35

一、塑料板材主要生產(chǎn)方法36

二、幾種塑料板材的主要用途36

第四節(jié)塑料焊條37

一、 塑料焊條的類型37

二、 塑料焊條的形狀38

三、塑料焊條的成型方法40

四、焊條的檢測40

復(fù)習(xí)思考題40

第三章 塑料焊接基本原理42

第一節(jié)塑料焊接工藝原理和分類42

一、塑料焊接的機(jī)理、條件和過程42

二、塑料焊接工藝分類43

第二節(jié)熱熔焊44

一、焊前措施44

二、熱熔焊操作基本要求45

三、熱熔對接焊46

四、熱熔承插焊53

五、熱熔鞍形焊58

第三節(jié)電熔焊60

一、電熔承插焊60

二、電熔鞍形焊62

三、電熔焊的優(yōu)缺點(diǎn)63

第四節(jié)熱風(fēng)焊63

一、圓嘴熱風(fēng)焊63

二、快速熱風(fēng)焊66

三、熱風(fēng)焊工藝參數(shù)69

第五節(jié)擠出焊71

一、工藝原理72

二、工藝過程73

三、控制要素73

四、相關(guān)參數(shù)74

第六節(jié)其他塑料焊接工藝74

復(fù)習(xí)思考題76

第四章 塑料焊接機(jī)具78

第一節(jié)熱熔焊機(jī)78

一、手動(dòng)熱熔對接焊機(jī)80

二、半自動(dòng)熱熔對接焊機(jī)85

三、全自動(dòng)熱熔對接焊機(jī)87

四、熱熔承插焊機(jī)100

五、熱熔鞍形焊機(jī)101

六、熱熔多角度焊機(jī)101

第二節(jié)電熔焊機(jī)104

一、電熔焊機(jī)的特點(diǎn)104

二、電熔焊機(jī)分類105

三、全自動(dòng)電熔焊機(jī)108

四、電熔承插焊的基本操作步驟112

五、電熔鞍形焊的基本操作步驟112

第三節(jié)熱風(fēng)焊槍113

一、適用范圍113

二、手動(dòng)焊接工具113

三、熱風(fēng)焊槍的相關(guān)技術(shù)參數(shù)115

四、熱風(fēng)焊槍的操作方法116

第四節(jié)擠出焊槍與焊機(jī)116

一、適用范圍116

二、要求117

三、擠出焊槍的相關(guān)技術(shù)參數(shù)119

四、擠出焊槍的操作方法120

第五節(jié)其他塑料焊接機(jī)具121

第六節(jié)焊接輔助工具122

一、熱熔對接焊專用輔助工具122

二、電熔焊的輔助工具123

三、熱風(fēng)焊和擠出焊專用輔助工具125

第七節(jié)機(jī)具的安全使用與維護(hù)保養(yǎng)126

一、電熔焊機(jī)、熱熔焊機(jī)126

二、熱風(fēng)和擠出焊槍132

復(fù)習(xí)思考題134

第五章塑料焊接工藝評定135

第一節(jié)塑料焊接工藝評定概述135

一、基本概念135

二、工藝評定總則136

第二節(jié)熱熔焊工藝評定142

第三節(jié)電熔焊工藝評定143

第四節(jié)熱風(fēng)焊工藝評定145

第五節(jié)擠出焊焊接工藝評定146

第六節(jié)塑料焊接工藝評定的表格147

復(fù)習(xí)思考題151

第六章 塑料焊接的缺陷與質(zhì)量控制152

第一節(jié)塑料焊接缺陷的概念152

第二節(jié)熱熔焊典型缺陷153

一、未熔合153

二、孔洞154

三、熔合面夾雜154

四、工藝缺陷155

五、焊接外觀缺陷157

第三節(jié)電熔焊接典型缺陷158

一、熔合面缺陷158

二、孔洞缺陷159

三、金屬絲錯(cuò)位161

四、冷焊缺陷162

五、事故案例163

第四節(jié)熱風(fēng)焊典型缺陷167

第五節(jié)擠出焊典型缺陷168

第六節(jié)塑料焊接過程質(zhì)量影響因素170

一、熱熔焊質(zhì)量影響因素170

二、電熔焊接口質(zhì)量影響因素171

三、熱風(fēng)焊過程質(zhì)量影響因素171

四、擠出焊的質(zhì)量影響因素172

第七節(jié)塑料焊接質(zhì)量控制與評價(jià)172

一、塑料焊接質(zhì)量控制172

二、塑料焊接質(zhì)量檢驗(yàn)與評價(jià)177

三、熱熔焊、電熔焊質(zhì)量檢驗(yàn)182

復(fù)習(xí)思考題184

第七章 塑料焊接操作技術(shù)185

第一節(jié)聚乙烯的焊接185

一、聚乙烯熱熔焊185

二、聚乙烯電熔焊189

三、聚乙烯熱風(fēng)焊191

四、聚乙烯擠出焊193

第二節(jié)聚丙烯的焊接196

一、聚丙烯熱熔焊196

二、聚丙烯的圓嘴熱風(fēng)焊196

三、聚丙烯的快速熱風(fēng)焊197

四、聚丙烯的擠出焊198

第三節(jié)聚氯乙烯和氯化聚氯乙烯的焊接199

第四節(jié)聚偏氟乙烯的焊接200

第五節(jié)改性聚四氟乙烯的焊接200

一、焊前措施201

二、熱熔焊接的操作202

第六節(jié)塑料合金及其他塑料的焊接202

復(fù)習(xí)思考題203

第八章 塑料焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法205

第一節(jié)概述205

一、焊接檢驗(yàn)的目的205

二、焊接檢驗(yàn)方法分類206

三、各種焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法的選擇206

四、典型的聚乙烯管材焊接接頭檢測方法比較207

五、與塑料焊接性能相關(guān)的國內(nèi)、國外部分試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)208

六、焊接性能測試212

第二節(jié)外觀及尺寸213

一、外觀檢驗(yàn)213

二、切下卷邊214

三、卷邊背彎試驗(yàn)215

第三節(jié)塑料焊接試樣拉伸檢測方法216

一、概述216

二、術(shù)語和定義216

三、試驗(yàn)原理216

四、試驗(yàn)設(shè)備217

五、檢測方法217

六、影響因素與討論225

第四節(jié)塑料焊接試樣彎曲檢測方法225

一、概述225

二、術(shù)語和定義226

三、試驗(yàn)原理226

四、試驗(yàn)設(shè)備226

五、檢測方法227

六、影響因素與討論234

第五節(jié)剝離試驗(yàn)234

一、概述234

二、拉伸剝離試驗(yàn)235

三、擠壓剝離試驗(yàn)237

四、撕裂剝離試驗(yàn)240

五、T形剝離試驗(yàn)242

第六節(jié)耐內(nèi)壓試驗(yàn)242

一、定義和范圍242

二、原理243

三、設(shè)備244

四、試驗(yàn)方法245

五、影響因素與探討249

第七節(jié)其他檢驗(yàn)方法250

一、長期拉伸蠕變試驗(yàn)250

二、拉伸蠕變試驗(yàn)的強(qiáng)化試驗(yàn)251

三、用于評判承插焊的剪切蠕變試驗(yàn)251

四、擺錘沖擊試驗(yàn)251

五、拉伸沖擊試驗(yàn)252

六、電熔接頭的雙懸臂梁試驗(yàn)252

七、適用性試驗(yàn)253

八、負(fù)壓試驗(yàn)254

九、扭剪試驗(yàn)254

十、徑向剝離試驗(yàn)255

十一、超聲波試驗(yàn)及X射線255

十二、高電壓法或電火花法256

復(fù)習(xí)思考題257

第九章 塑料焊接施工、驗(yàn)收與搶修259

第一節(jié)塑料焊接施工準(zhǔn)備259

第二節(jié)塑料管道的施工、試驗(yàn)與驗(yàn)收261

一、剛性管道和柔性管道261

二、地上塑料管道工程 262

三、埋地管道工程263

四、管道的試驗(yàn)（按規(guī)程要求）266

五、管道工程竣工驗(yàn)收270

第三節(jié)塑料設(shè)備的焊接施工、試驗(yàn)與驗(yàn)收271

一、塑料設(shè)備的焊接施工271

二、 塑料設(shè)備的試驗(yàn)與驗(yàn)收273

第四節(jié)塑料焊接搶修安全技術(shù)278

一、塑料焊接搶修基本安全技術(shù)要求279

二、燃?xì)庥镁垡蚁┕艿罁屝薨踩?80

復(fù)習(xí)思考題284

第十章 塑料焊接施工安全286

第一節(jié)易燃、易爆、腐蝕性流體安全知識286

一、燃?xì)獾姆诸惣坝猛?86

二、燃?xì)獾幕拘再|(zhì)289

三、燃?xì)獾娜紵捅?90

四、燃?xì)馐鹿始拔：?92

五、燃?xì)獍踩夹g(shù)293

六、燃?xì)廨斔凸艿?95

七、腐蝕性流體安全297

第二節(jié)防靜電的基礎(chǔ)知識298

一、靜電的產(chǎn)生和積累298

二、靜電防護(hù)299

三、靜電的危害301

四、防護(hù)措施302

五、塑料焊接過程中靜電的防護(hù)措施302

第三節(jié)焊接施工過程中用電安全知識303

一、安全用電措施303

二、塑料管道焊接過程用電安全304

三、焊接的電氣安全技術(shù)304

第四節(jié)焊接施工過程中其他安全知識305

一、焊接現(xiàn)場的安全事項(xiàng)305

二、特殊環(huán)境下焊接作業(yè)305

三、惡劣氣象條件下的焊接作業(yè)安全306

復(fù)習(xí)思考題306

參考文獻(xiàn)307

《塑料焊接技術(shù)》是國家國家特種設(shè)備作業(yè)人員培訓(xùn)叢書中的非金屬材料焊工培訓(xùn)教材，是依據(jù)國家質(zhì)檢總局TSGZ6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》中關(guān)于“特種設(shè)備非金屬材料焊工考試范圍、內(nèi)容、方法和評定”的精神要求、HG/T《塑料焊接工藝評定系列標(biāo)準(zhǔn)》的內(nèi)容編寫的。全書重點(diǎn)介紹了與塑料焊接相關(guān)的特種設(shè)備法規(guī)，焊接用塑料材料基本知識，塑料焊接基本原理和操作技術(shù)，塑料焊接機(jī)具，塑料焊接工藝評定和質(zhì)量檢驗(yàn)方法，塑料焊接的缺陷與質(zhì)量控制，塑料焊接施工、驗(yàn)收與施工安全等內(nèi)容，每章均附有相關(guān)的習(xí)題。

這也是目前我國塑料焊接方面的原創(chuàng)圖書，體現(xiàn)當(dāng)前我國塑料焊接的技術(shù)水平。

塑料激光焊接基本介紹

當(dāng)被粘接的塑料零部件不能承受振動(dòng)、或者水密氣密要求非常高、或要求無菌無粉塵環(huán)境(如醫(yī)療器械和食品包裝)時(shí)，激光焊接技術(shù)就能派上很大用場。激光焊接技術(shù)速度快，特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外對于那些很難使用其它焊接方法粘接的復(fù)雜的幾何體，可以考慮使用激光焊接技術(shù)。

塑料激光焊接優(yōu)點(diǎn)

激光加工具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中有：

? 焊接設(shè)備不需要和被粘結(jié)的塑料零部件相接觸。

? 速度快。

? 設(shè)備自動(dòng)化程度高，很方便的用于復(fù)雜塑料零部件加工。

? 不會(huì)出現(xiàn)飛邊。

? 焊接牢固。

? 可以得到高精度的焊接件。

? 無振動(dòng)技術(shù)。

? 能產(chǎn)生氣密性的或者真空密封結(jié)構(gòu)。

? 最小化熱損壞和熱變形。

? 可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結(jié)在一起。

塑料激光焊接優(yōu)勢

激光焊接應(yīng)用于塑料部件熔接的優(yōu)點(diǎn)包括：焊接精密、牢固和密封不透氣和不漏水，焊接過程中樹脂降解少、產(chǎn)生的碎屑少，制品的表面能夠在焊縫周圍嚴(yán)密地連接在一起。激光焊接沒有殘?jiān)膬?yōu)點(diǎn)，使它更適用于國家食品藥品監(jiān)督管理局管制的醫(yī)藥制品及電子傳感器等。

易于控制，可焊接尺寸小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。由于激光便于計(jì)算機(jī)軟件控制，而且光纖激光器輸出可靈活地達(dá)到零件各個(gè)細(xì)微部位，采用激光焊接能夠焊接其它焊接方法不易達(dá)到的區(qū)域，焊接具有復(fù)雜外形、甚至是三維幾何形狀的制品。

與其他熔接方法比較，激光焊接大幅減少制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力。這意味著制品或者裝置內(nèi)部組件的老化速度更慢，可應(yīng)用于易損壞的制品。能夠焊接許多種類不同的材料。例如，能將透過近紅外激光的聚碳酸脂，玻纖增強(qiáng)的黑色聚對苯二甲酸丁二脂連接在一起，而其它的焊接方法根本不可能將兩種在結(jié)構(gòu)、軟化點(diǎn)和增強(qiáng)材料等方面如此不同的聚合物連接起來。

塑料激光焊接工藝

最常用的激光焊接形式被稱為激光透射焊接。該技術(shù)的過程為：首先將兩個(gè)待焊接塑料零部件夾在一起，然后將一束短波紅外區(qū)的激光定向到待粘結(jié)的部位。激光束通過上層透明材料，然后被下層材料吸收。激光能量被吸收使得下層材料溫度升高，熔化上層以及和下層的塑料。上層材料可以是透明的或者是有顏色的，但是必須能夠保證有足夠的激光通過。

圖 1: 激光透射焊接的工作示意圖

在過去由于兩個(gè)透明的塑料層都不能吸收足夠的激光能量，利用透射技術(shù)將它們焊接在一起是不可能；同樣由于光束不具備足夠的穿透能力，達(dá)到加熱焊接接觸面的作用，利過透射技術(shù)將兩個(gè)黑色層的材料焊接在一起也是不可能的。但是最近的技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)可以將這兩種類型的材料焊接在一起。

塑料激光焊接設(shè)備

激光透射焊接技術(shù)主要使用兩類激光設(shè)備：一個(gè)是摻釹釔鋁石榴石合成晶體(Nd3 :YAG)，另一個(gè)是半導(dǎo)體二極管。Nd3 :YAG激光的波長為1064納米(nm)，容易被含有特殊填料或顏料的塑料吸收?？梢酝ㄟ^光導(dǎo)纖維將激光很方便的傳送到激光頭，尤其是在使用自動(dòng)化裝置的焊接技術(shù)。

二極管激光器產(chǎn)生的波長范圍在800-1000nm之間，這對焊接來說是效率最高的能量區(qū)域。它結(jié)構(gòu)緊湊，可以很方便的安裝在自動(dòng)化設(shè)備上。二極管激光的吸收特征和Nd3 :YAG的吸收特征類似。

塑料焊接有時(shí)也使用二氧化碳(CO2)激光器。它能產(chǎn)生10600nm的光波，這同Nd3 :YAG和二極管激光器產(chǎn)生激光相比，更容易被塑料吸收。但是二氧化碳激光的穿透性能沒有其它兩種激光器產(chǎn)生的激光。因此二氧化碳激光器主要用于薄膜材料焊接。

激光類型 CO2 Nd3 :YAG 二極管

波長 (um) 10.6 1.06 0.8-1.0

最大能量 (W) 60,000 6,000 6,000

效率 10% 3% 30%

透射光束 鏡面反射 光纖及鏡面 光纖及鏡面

最小的光點(diǎn)大小(mm) 0.2-0.7(直徑) 0.1-0.5(直徑) 0.5x0.5

表 1: 市場上常用的塑料激光加工技術(shù)對比

使用Nd:YAG或二極管激光的透射焊接技術(shù)，可以以超過20米/分的線速度將1mm以上厚度的塑料件焊接在一起。二氧化碳激光器焊接薄膜的速度可以高達(dá)750米/分。

塑料激光焊接材料

幾乎所有的熱塑性塑料和熱塑性彈性體都可以使用激光焊接技術(shù)。常用的焊接材料有 PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等。而其它的一些工程塑料如聚苯硫醚PPS和液晶聚合物等，由于其具有較低的激光透過率而不太適合使用激光焊接技術(shù)。因此常常在底層材料上加入炭黑，以便使其能吸收足夠能量，從而滿足激光透射焊接的要求。

圖 2：可用于激光焊接的聚合物

未填充的或者玻纖增強(qiáng)的聚合材料都可以用于激光焊接。但是過高的玻纖含量會(huì)散射發(fā)出得IR激光，降低光束通過聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接，但是隨著顏料或染料含量的增加，激光束的通過塑料的穿透能力會(huì)有所下降。

塑料激光焊接焊接類型

塑料激光焊接有幾種不同的焊接方式。

輪廓焊接(contour welding)：激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動(dòng)并使其熔化，將塑料層逐漸的粘結(jié)在一起；或者將被夾層沿著固定的激光束移動(dòng)達(dá)到焊接的目的。

同步焊接(simultaneous welding)：來自多個(gè)二極管激光束被引導(dǎo)到沿著焊接層的輪廓線上，并熔化塑料，從而使得整個(gè)輪廓同時(shí)熔化并粘結(jié)在一起。

準(zhǔn)同步焊接(Quasi-simultaneous welding)： 該技術(shù)綜合了上述兩種焊接技術(shù)。利用反射鏡產(chǎn)生高速激光束(至少10 米/秒的速度)，并沿著待焊接的部位移動(dòng)，使得整個(gè)焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。

掩模焊接（mask welding）：激光束通過模板進(jìn)行定位、熔化并粘結(jié)塑料，該模板只暴露出下面塑料層的一個(gè)很小的、精確的焊接部位。使用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低至10微米的高精度焊接。掩膜焊接是瑞士萊丹（Leister）公司的專利技術(shù)。

圖 3: 順序型周線焊接、同步焊接和準(zhǔn)同步焊接技術(shù)（左到右）

Globo焊接(GLOBO Welding)是沿著產(chǎn)品的輪廓周線進(jìn)行焊接的，它是瑞士萊丹（Leister）公司的專利技術(shù)。激光束經(jīng)由氣墊式，可無摩擦任意滾動(dòng)的玻璃球點(diǎn)狀式的聚焦于焊接界面，該玻璃球不僅僅進(jìn)行聚焦而且也充當(dāng)機(jī)械夾緊夾具。當(dāng)該球在表面上滾動(dòng)時(shí)，為接合面提供了持續(xù)壓力。這就確保了在激光加熱材料的同時(shí)有壓力夾緊。該玻璃球取代了機(jī)械夾具，同時(shí)擴(kuò)大了激光焊接在連續(xù)三維焊接中的應(yīng)用范圍。

塑料激光焊接應(yīng)用

在汽車工業(yè)，激光焊接塑料技術(shù)可用于制造很多汽車零部件，如燃油噴嘴、變檔機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器、駕駛室機(jī)架、液壓油箱、過濾架、前燈和尾燈等。其它汽車方面的應(yīng)用還包括進(jìn)氣管光歧管的制造以及輔助水泵的制造。

圖 4: 激光焊接技術(shù)加工的汽車前燈，使用了可以聚焦激光同時(shí)還起到夾持工具作用的玻璃球面

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)可用于制造液體儲(chǔ)槽、液體過濾器材、軟管連接頭、造口術(shù)袋子、助聽器、移植體、分析用的微流體器件等。

圖 5: 激光焊接技術(shù)制造的微流體器件，利用了該技術(shù)的高精度的特點(diǎn)

激光焊接是一項(xiàng)無振動(dòng)技術(shù)，因此它特別適合用于加工精密的電子元器件。通過激光技術(shù)制造的器材有鼠標(biāo)、移動(dòng)電話、連接器件等。激光技術(shù)制造的汽車電子產(chǎn)品有自動(dòng)門鎖、無鑰匙進(jìn)出設(shè)備以及傳感器等。

激光還可以將塑料薄膜焊接在一起，它沿著薄膜的邊緣移動(dòng)，通過粘接作用形成一個(gè)包裝用的封體結(jié)構(gòu)。操作過程可以完成的非常快。根據(jù)TWI公司的資料，它使用100W的二氧化碳激光可以以100米/分的速度焊接100微米的聚乙烯薄膜。

圖 6:激光焊接兩聚乙烯薄膜的顯微圖象

中國塑膠熔接焊接技術(shù)手冊,主要內(nèi)容為高周波塑膠熔接,超聲波塑料焊接的技術(shù)工藝應(yīng)用技術(shù)支持,高周波塑膠熔接機(jī)和超聲波(超音波)塑料焊接機(jī)設(shè)備與主要設(shè)備配件的介紹,以及高周波塑膠熔接機(jī)和超聲波塑料焊接機(jī)設(shè)備的常見問題解決方法.

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