淺析塑料焊接技術在汽車車燈行業的應用及設計

劉小金

摘 ? 要：文章分析研究了目前主流的幾種塑料焊接技術在汽車燈具制作中的應用及設計，介紹這幾種方法的原理、設計方案及特點，并闡述了這幾種焊接加工技術的優缺點，對焊接技術在汽車行業中的大力推廣應用具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：車燈行業;焊接加工;設計方案

近幾年來，國內汽車行業在國家政策的支持下得到迅猛發展，汽車的燈具設計技術也發展迅速。由于熱塑性塑料的加工性能、光學性能、機械性能均有明顯優勢，因此在汽車行業應用很多。常見的處理工藝有注塑成型、擠出成型，而通過加熱融化后進行塑料部件連接的各種焊接工藝也越來越普遍。主要分為3種：基于熱輻射原理，如激光焊接;基于熱傳導原理，如熱板焊接;基于摩擦原理，如超聲波焊接、震動摩擦焊接。

1 ? ?熱板焊接

熱板焊接主要是通過對被焊接件的加熱，讓其表面受熱融化，再將兩個原件緊緊壓合。待其貼合、冷卻后則原件硬化完成。這種焊接方法隨著所焊接燈具元件尺寸不同，采用的夾具也不同。在焊接過程中，溫度、時間、壓力這些參數都會影響焊接質量。

熱板焊接可以讓元件從玻璃態到高彈態進行狀態的轉變，使元件發生彈性變形。這都是在高溫的作用下讓殼體和燈罩受熱熔化發生的。溫度越高，則經過焊接后的成品燈具強度越高。但熱板焊接中需要注意溫度不能過高，否則非常容易造成殼體與燈罩發生變形。成品尺寸異常、品質較低。另外，由于燈具使用不同的材料，因此，焊接溫度要根據材料類型進行適當的調整。同樣，除了要調整加熱溫度之外還要調整加熱時間，時間過短，則材料熔化不夠，產品質量不好。時間過長也會造成次品。

2 ? ?振動摩擦焊接

振動摩擦焊接技術在實踐中應用較廣，具有對焊接表面處理不敏感、焊接設備較簡單、焊接速度快等特點。適用于各種熱塑性塑料的焊接。材料選擇如圖1所示。焊接完后產品間存在應力，需要退火處理;圖1中a區域的匹配材料，需要紅外預熱后，再振動焊接。

車燈振動摩擦焊接相關設計要求可參考如下（燈罩與燈殼間的定位由治具實現）。振動摩擦焊接如圖2所示，焊接設計如圖3所示。

A—壓力軸與燈罩邊緣面夾角：一般45°～90°間。

B—壓力軸與拔模軸夾角：一般0～12°間。

C—振動軸與焊接面夾角：一般0～12°間（注：振動方向上的焊接面剖面與振動軸夾角）。

D—拔模軸與焊接面夾角：一般60°～90°間（注：振動方向上的焊接面剖面與拔模軸夾角）。

E—焊接深度：一般1.0～1.2間（注：壓力軸方向上的深度）。

F—焊接筋厚度：一般1.5 mm以上（注：此為端部尺寸，根部需加圓角，保證焊接筋強度，并外觀面無縮水）。

G—焊接面厚度：一般2.0～2.8 mm（注：肉厚大于2.0 mm，一般取等于肉厚數值）。

H—焊接筋高度：一般3.0～6.0 mm（注：此為垂直振動軸方向上的焊接筋高度—其受力大，需保證強度。平行振動軸方向可適當加高）。

I—焊接面寬度：等于焊接筋厚度F+焊接振幅×2倍+振動軸方向上產品尺寸偏差×4倍。

焊接面與焊接筋要求有：焊接面需平整，曲率R大于20 mm;非振動方向上的焊接面剖面與壓力軸的夾角>45°;無頂針印、鑲件線、滑塊線，更不能設置澆口;無涂層液、鍍鋁、油脂—需要單獨的結構來避免。此種方案缺點為對焊接面有形狀要求：盡量平整規則、焊渣多、焊接區域需遮擋、產品要求空間比超聲波焊接大。優點有焊接的牢固性相對于超聲波焊接好。

3 ? ?激光焊接

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。在燈具焊接中，一個元件吸收激光束，另一個可以透過激光，要求這兩個元件必須滿足此條件。焊接中，將燈罩和殼體接觸到位。激光器發出激光束透過部件照射到接收部件上，在其表面激活分子轉為發熱，接觸的表面經熱熔化后緊密結合在一起。激光焊接要求上層焊接材料具有一定的激光透光性，保證激光能從材料中透射到下層材料。下層焊接材料則必須具有一定的吸光性，若吸光性較差，不能保證完全吸收激光，則可以通過增加一定量的吸收劑增強其效果。

4 ? ?超聲波焊接

超聲波焊接的熱源是通過超聲波激發塑料作高頻振動產生的，也是基于摩擦作用。當焊接部位接收到超聲波時，材料被超聲波所激發做快速振動，快速振動又產生機械能轉換為熱量。焊接部位溫度急劇上升后熔化。在燈具焊接中，超聲波焊接技術用的最多，該技術既方便又快捷。該方法缺點如下。（1）對產品尺寸有要求：產品越大，設備越貴，成本越高，焊頭需要分成多塊拼接且不利于調試。（2）對焊接面有形狀要求：盡量平整規則;焊接的牢固性相對于其他類型較差。該方法優點為：產品尺寸可做小、焊渣少、較美觀、無需遮擋、可用于外觀件。超聲波焊接材料選擇如圖4所示，等邊形狀焊筋如圖5所示，等腰直角形狀焊筋（內側）如圖6所示，等腰直角形狀焊筋（外側）如圖7所示。焊筋的主要形狀如圖5—7所示，優選圖5，視情況需求選擇圖6或圖7。

相關設計要求可參考如下（好的焊接效果需要有好的產品定位方式）。

A—焊筋角度：45°或60 °，保證足夠的硬度，以便能量傳遞。

B—焊接后間隙：一般在0.2 mm以上，安全空間，視焊接深度定，亦可用于藏焊渣。

C—焊筋高度：一般在20 mm以下，受強度及縮水等因素影響。

D—焊接深度：一般小于1.0 mm。常設計在0.6～0.8 mm。

E—焊筋圓角：一般R0.1～R0.3 mm。

F—焊筋寬度：一般大于1.4 mm，同時，需保證外觀面不縮水和強度。

G—焊筋中心到焊接面邊緣距離：一般1.0 mm以上，利于焊接支撐，提高牢固性和氣密性。

焊接面與焊接筋的要求：一般焊頭加載在硬的產品上（如PMMA與ABS焊接，加載在PMMA上）;盡量保證焊頭接觸面到焊接面的距離均厚，焊接效果會更好;焊接面視需求可保留模具加工火花紋，或追加蝕紋，提高焊接效果及效率;無頂針印，鑲件線，滑塊線，更不能設置澆口;無涂層液，鍍鋁，油脂—需要單獨的結構來避免。