塑料焊接指南：5 种方法、7 种流程和 4 个错误

15,2022年XNUMX月

说到焊接，大家首先想到的可能就是金属零件的连接。那么日常生活中看到的各种塑料制品是如何焊接的呢？拓发数控加工将从塑料焊接技术、塑料激光焊接技术、塑料激光焊接行业应用及发展趋势等方面介绍塑料焊接。

在现代工业制造中，塑料材料已广泛应用于各个领域。从日常生活用品到科学领域，都离不开塑料。塑料通过制造成各种产品来实现其使用价值。塑料焊接是一种永久连接塑料部件的有效方法。超声波焊接、激光焊接、热板焊接、摩擦焊接、振动焊接、高频焊接等应用广泛。

内容

什么是塑料焊接？

各种塑料材料都可以焊接吗？

7 种塑料焊接工艺

激光焊接塑料的 5 种方法

塑料焊接的 4 个常见错误

塑料焊接的应用

塑料焊接技术推动制造业进步

塑料焊接是一种基于自粘工艺的塑料连接工艺。塑料焊接的原理是从固体到液体的相变（熔化或溶解），然后在连接界面处凝固。

热塑性零件的焊接是基于分子链的扩散。它需要高温、高压和时间才能获得良好的机械连接。热塑性塑料中的聚合物分子具有直链或支链结构，分子之间不发生交联，因此容易发生相对滑动。因此，可以利用热能及其他介质物质、持续应力等使聚合物分子产生相对滑动或流动，并实现焊接方式。

任何种类的塑料材料都可以焊接吗？塑料按物理和化学性能分为热固性塑料和热塑性塑料。

其中热固性塑料具有化学分子结构，一般一次成型。如上左图所示，开关面板和儿童碗均采用热固性塑料制成。它们具有耐高温、质地坚硬、不易熔化、加热后不会软化的特点。过热会直接分解。

另一种热塑性塑料的特性明显不同。上右图为热塑性塑料件，受热软化或熔化，可流动成型，可反复加热。所以，并不是所有的塑料材料都可以焊接。

随着新材料加工技术的发展，塑料制品以其质轻、耐腐蚀、绝缘性好、成型性能优异等优点，已大量取代金属、陶瓷等传统材料。塑件连接工艺的质量对于塑料制品的广泛应用具有重要意义。

超声波焊接原理如图1所示。焊接材料的垂直振动可产生超声波纵向振动，从而在受压塑料中产生应力。当这种应力超过胡克定律的范围时，塑料本身除了有轻微的变形变化外，还会产生热能，并对两种塑料的接触面施加压力，利用超声波高速振动和摩擦产生热量，从而软化塑料内部并使其粘稠。焊接时。这种焊接均匀可靠、变形小、外观好、效益高。

当超声波作用于热塑性塑料接触表面时，每秒会产生数万次高频振动。这种具有一定振幅的高频振动将超声波能量通过上部焊件传递到焊接区域。由于焊接区域为两个焊缝，两焊缝界面声阻较大，因此会产生局部高温。并且由于塑料的导热性能较差，一时无法及时散失，而聚集在焊接区域，导致两种塑料的接触面迅速熔化，加上一定的压力后，融合为一。

当超声波停止工作时，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，从而形成坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度可接近原材料的强度。超声波焊接的特点是热量仅集中在焊接部分，焊缝牢固、美观。无论塑料的极性如何，几乎所有加热熔化的塑料薄膜都可以采用超声波焊接，特别适合焊接硬质薄膜材料。超声波焊接不受被焊表面污染的限制，焊接过程非常快，焊接时间小于1s，并且易于实现自动化。

激光焊接作为焊接塑料产品的一种手段已变得流行。激光焊接方法能够焊接不同吸收性能的热塑性零件。在焊接之前，连接的部件彼此接触，但没有受到其他焊接方法所需的施加压力。

激光焊接由短波、固态二极管或高性能激光器组成，发射的激光束可穿透透明部件并呈透明状态。激光束激活吸收材料的表面，被零件吸收并转化为热量。吸收激光束的部分被润湿，从而增加了两个部分之间的热接触点（表面）。对激光有效透明的零件也通过吸收零件的热传导而被加热并熔化，最终在两个零件之间形成瞬间熔透焊缝。使用激光焊接两个塑料零件，首先将零件夹（压）在一起，然后使用近红外激光NIR（波长810-1064nm），透过第一个零件，然后被第二个零件吸收，因此吸收的近红外激光-红外线被激光转化为热能，熔化两个部件的接触表面，形成焊接区。这种焊接方法能够产生超过原材料强度的焊缝。

热板焊接，也称为热封焊接，是最简单的塑料焊接技术之一。在焊接过程中，需要将两个塑料件密封成一个整体。一般采用热封机进行操作。热合机是利用各种外界条件（如加热方式等）对两个待焊接塑料件的接合面分别进行加热，密封件受热后会变得粘稠，从而形成一层熔化的熔接体。在接合面上形成一层层，加压力机使其粘合，借助一定的压力和时间，将两种塑料熔合在一起。冷却后具有一定的强度和密封性能，保证热封后在使用过程中能承受一定的外力，不破裂、不渗漏。 ，达到热封的目的。

热板焊接主要适用于焊接类似的热塑性塑料。同一塑料的熔化温度容易控制。更容易控制加热板的温度一致，从而简化了加热板的制造难度。在焊接不同类型的塑料时，两种塑料之间的温度影响是不同的，这增加了加热板的制造和加工难度，同时也会出现强度不足的现象。在焊接过程中，一般需要使用夹具，也称为热封模具。热封模具主要用于固定两个塑件的侧面并上下移动，加热板前后移动，以保证塑件之间的焊接质量。热板焊接的成本相对较低，主要应用于汽车、家用电器和一些塑料包装等领域。

利用热塑性塑料之间摩擦产生的摩擦热在摩擦表面熔化，然后在压力下通过冷却而结合在一起。这种组合称为摩擦焊。此方法最适合圆柱形零件。

摩擦焊的优点是生产率高，易于自动化、机械化；与一种材料焊接时，接头性能好，设备简单，操作方便。摩擦焊技术应用范围广泛，可焊接汽车半轴、阀门、安全气囊、涡轮增压器、整体齿轮、联轴器齿轮、等速万向节、前悬架等。

振动焊接也是利用连接表面之间的摩擦产生的热量进行焊接。与旋转摩擦焊不同，摩擦力沿表面方向呈线性；与超声波焊接不同，振动频率较低，仅为120-240Hz。振动是通过两个塑料部件之间的线性相对运动产生的。线性摩擦焊非常灵活，可以焊接形状复杂、尺寸较大的零件，这是其他塑料焊接方法无法实现的。

几乎所有热塑性塑料都可以振动焊接。最适合焊接注塑或压塑工程热塑性塑料，以及无法通过超声波焊接的含氟聚合物和聚酯弹性体等塑料。这种焊接方法已广泛应用于汽车工业和塑料压力容器制造。适用范围：电池、汽车水箱、其他汽油油罐管道产品及容器、汽油滤清器或其他滤芯产品、各种汽车灯具、汽车电机零部件、传感器、弯管、尼龙制品及尼龙编织制品等。 。

塑料高频焊接是在适当压力的高频电场下进行的。其原理是在高频电场的作用下，高频电场中聚合物的极性分子发生强烈振荡，分子间产生摩擦而发热，聚合物立即升温至熔融状态。状态和债券在一起。其高频塑料焊接热封方法：

1、高频塑料焊接机主要利用两个待焊接工件接触面上产生的摩擦热能来熔化塑料。热能来源于工件在一定压力下以一定位移或幅度在另一表面上做往复运动。一旦达到预期的热封程度，振动就会停止，同时仍会对两个工件施加一定的压力，使新热封的部分冷却固化，从而形成紧密的结合。

2、高频塑料焊接机的另一种方式是采用高频热能热封方式。高频塑料焊接机进行轨道振动摩擦热封时，上部工件以固定速度进行轨道运动——各个方向的圆周运动。运动可以产生热能，使两个塑料件的密封部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就会停止，两个部件的热封部分就会凝固并牢固地连接在一起。小的夹紧力会使工件产生最小的变形，高频瞬时热封、加热，高频焊接热封成功。

高频塑料焊接用于普通塑料、皮革、布料的热封焊接。定位准确，性能良好，灵活性强，用于小型产品加工。生产效率高，操作使用方便。

热风焊接有时也称为热风枪焊接。该方法类似于金属氧-乙炔火焰焊。它利用热气流提高待焊表面和焊条的温度，使焊条与母体熔合，达到焊接的目的。操作时，先清理焊接表面，然后用热气流同时加热待焊表面和电极。这种焊接要求焊条和母材应相同。例如，焊接不同材料时，焊条应使用两种材料和混合产品。

电极的横截面积通常为直径为3mm的圆柱形。当电极软化、粘稠、尚未完全熔化时，在粘稠状态下施加很小的压力，使电极与母体熔化粘合在一起，冷却后形成焊缝。操作过程中，必须控制空气温度、气流、电极在焊缝中的位置及其运动、焊枪的位置及其运动。焊接质量不仅与上述因素有关，还取决于焊缝的截面形式、材料的厚度、焊条的尺寸、焊枪喷嘴的尺寸等因素。一般焊接气体温度为200-300℃，气体流量为15-60L/min。

焊枪主要由加热元件（电加热）、引导气流的管道和喷嘴组成。加热元件功率为400-600W，喷嘴直径为3-6.5mm。热风焊接的主要优点是设备简单、成本低，可用于连接各种大型、复杂的产品。但运行周期长，不适合批量处理。焊接质量受多种因素制约，难以控制。这取决于焊工的操作技能。 。焊枪如图所示。

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近年来，随着技术的不断升级，塑料激光焊接的未来增长趋势逐渐显现。过去几年，一些激光技术还没有取得突破，而且激光器的价格也比较高。与传统焊接相比，一次性投资较大，可能无法很快产生效益。但现在激光的经济优势凸显出来。塑料的激光焊接可以降低设计师产品设计的难度。

目前，许多产品（包括汽车半导体行业、医药食品行业等）对加工精度和外观美观的要求非常高，这使得激光焊接成为这些产品生产的必要工艺，促进了激光焊接的进一步发展。激光焊接技术。

塑料激光焊接的相容性、熔化温度、匹配性越接近，其效果越好。塑料激光焊接的应用方法与金属焊接不同，包括顺序环向焊接、准同步焊接、同步焊接和辐照掩模焊接。下面拓发对这些焊接方法进行简单介绍。

激光沿着塑料焊接层的轮廓线移动并将其熔化，逐渐将塑料粘合在一起。主要用于焊接有规则形状和焊接速度要求的零件；

使用具有多个激光端口的激光发射器，通过光学器件调整激光束的方向和形状；激光束由程序引导，沿着焊接层的轮廓进行焊接，使整个轮廓同时熔化并粘在一起。主要用于接触面积大、焊接一致性要求高的零件的焊接；

又称准同步焊接，它结合了以上两种焊接技术。光学设备用于产生高速激光束，该激光束沿着待焊接的部件移动，使整个焊缝逐渐升温并熔合在一起。该方法对激光发射设备要求较高；

无效区域的激光束被预制模板阻挡，只露出精密焊接部分，仅熔化焊接区域，实现焊接过程。这种焊接技术精度高，是目前应用最广泛的激光焊接技术。该设备通用性强，模板制作简单，成本低。可实现低至10μm的高精度焊接。

滚焊是一种创新的激光塑料焊接工艺，有多种不同的形式。滚焊主要有两种形式：

第一种是 Globo 球焊。激光透镜末端有一个气垫玻璃球。这个玻璃球起到聚焦激光的作用，同时夹紧塑料件。焊接过程中，Globo镜头在移动平台的带动下沿着焊接线滚动，完成焊接。整个过程就像用圆珠笔写字一样简单。 Globo焊接工艺不需要复杂的上部夹具，只需要制作一个底模来支撑产品。 Globo 球焊接工艺还有 Roller 滚柱焊接工艺的变体。不同的是，将透镜末端的玻璃球改为圆柱形玻璃镜筒，以获得更宽的激光线段。滚轮滚焊适合较宽的焊接。

第二种是TwinWeld焊接工艺。这种塑料激光焊接工艺在镜片末端增加了一个金属压轮。焊接过程中，压轮压紧焊缝边缘进行焊接。这种塑料激光焊接工艺的优点是金属压轮不会磨损，有利于规模化生产。但压辊的压力作用在焊缝边缘，容易产生扭矩，形成各种焊接缺陷。同时，由于透镜结构比较复杂，会给焊接编程带来一定的困难。

在塑料焊接过程中，有两个因素对焊缝的强度和密封性产生重大影响。说起来很容易——热量和压力。然而，实际问题中的情况却非常复杂。我们常常需要围绕“热和压力”两个要素仔细分析每一步可能发生的原因。

今天，我们讨论塑料焊接中影响“热”和“压力”的4个常见错误。这些原则可以帮助您分析和解决问题。同时，这些原理也适用于超声波焊接、热板焊接、振动摩擦焊接、红外焊接、热气焊接等。

为了有效地产生热量（超声波焊接、振动摩擦），或者将热量传递给塑料件（热板焊接、红外线焊接、热气焊接），上下部件的整圈焊筋必须完全处于彼此接触，或完全与加热装置接触。触碰。我们将焊道表面各点接触的位置称为熔化零位。如果熔化零位设置不正确，焊接表面的一部分将无法产生足够的热量，或者吸收足够的热量，从而无法完全熔化和粘合。我们将这种情况称为“冷焊”或“虚焊”。

为了避免这种情况，我们可以做一个简单的测试，比如焊接一小段距离，然后检查零件，确保焊条的整个表面都有熔化的痕迹。如果痕迹显示某些区域没有熔化，则需要检查夹具和参数，并进行调整，直到表面有熔化的痕迹。

为了实现高强度、高紧密的连接，热量需要渗透到塑料焊道中，使材料流动并与部件另一半的软化材料结合。通过设置不同的焊接参数，如触发压力、焊接速度、保压时间来控制软化材料的深度。

如果热量不足，热量就不能深入焊缝形成合适的软化区，从而导致焊缝不牢固或不牢固。相反，如果热量太多，软化区太大，就很难施加足够的力来实现牢固的焊接。

对于热板焊、红外焊和热气焊，塑料受热后，加热装置缩回，在一定的压力下将两个零件合在一起。从加热装置移除到两个部件放在一起的时间称为“过渡时间”。保持尽可能短的过渡时间至关重要。如果过渡时间太长，熔化表面将开始形成表皮，这将阻止两个部件上软化区域的材料混合，影响焊缝的强度。因此，过渡阶段必须快速、高效。

在焊接压力的作用下，两部分的半熔融材料相互混合并粘合。如果焊接压力不足，材料混合不好，就会导致焊接不良。另一方面，如果焊接压力太高，那么半熔融材料就会全部被挤出焊接区域，只剩下两侧的冷区材料，导致焊接不良。如下图所示，焊缝区域有明显的冷区界面，导致密封不良。

能认真读到这里的读者，大多都遇到过塑料焊接的实际问题。希望以上内容能够拓宽你分析问题的思路！

焊接正在成为许多行业中深度焊接聚合物材料最具成本效益的技术之一，特别是在汽车、电子电路、物联网应用和消费品的复杂和小型塑料零件的开发中。塑料激光焊接可以实现高速、柔性、高精度加工，同时使产品呈现出更好的外观。此外，它还是一种低粉尘加工技术，是电气和电子加工应用的关键。

大家都知道，医疗器械是世界各国严格监管的行业。它关系到各国人民的生命安全，因此对医疗产品的制造过程有着严格、苛刻的高清洁度要求。有些医疗器械产品精度要求很高，同时还需要保证产品绝对清洁环保。医疗行业传统的焊接技术已经不能跟上技术要求。只有激光塑料焊接才能满足其需求。激光塑料焊接机焊接的产品的焊渣、碎片可以忽略不计，焊接后的产品不会变形。影响其准确性。因此，现在激光焊接技术已经取代了传统的医疗焊接技术，我们来看看塑料激光焊接机在医疗器械行业的应用

了解激光塑料焊接机焊接工艺的人都知道，激光塑料焊接技术可分为：轮廓焊接、准同步扫描焊接、同步焊接、面罩焊接、滚压焊接等焊接方式，需要根据塑料制品的焊接。工艺流程确定了激光塑料焊接技术的方式。

与传统焊接技术相比，激光塑料焊接技术的优点是可以在不接触物体的情况下直接进行塑料焊接，减少了工件的热应力和振动对工件的损伤，保证了清洁、无污染和精度。产品的。塑料激光焊接机突破了透明塑料与透明塑料之间激光焊接的难点，且无需添加任何吸收剂，完全满足透明医用塑料的焊接要求。

例如微流控芯片、用于采集和分析液体物质的生物医学分析仪器，这种需要搭建在几平方厘米或更小的芯片上的小型化、集成化、自动化的生化实验平台，它具有能够实现微米级的微流体操控。如此精密的产品，传统的塑料焊接技术根本无法满足要求，只有激光塑料焊接技术才能满足其工艺要求。

除了上面提到的微流控芯片外，还有有源植入式医疗器械的外壳封装、心脏支架的不透射线标记、防垢保护、球囊导管、一次性分析容器、血液过滤器、旋转焊接传感器等医疗器械、各种细胞培养器皿等，都需要激光塑料焊接技术。

总的来说，激光塑料焊接技术在医疗器械行业的成功应用取决于医疗行业更加严格的高清洁度要求。另一个因素是医疗产品、医疗微流体设备和诊断设备日益小型化。设备所需的精度只能通过激光技术来实现。

在汽车领域的生产制造中，超声波焊接的作用越来越重要，已经涉及到汽车零部件和车身制造的全过程。超声波可以通过计算机程序控制，实现大型、不规则零件的焊接，如保险杠、前后门、灯具、刹车灯等。而且，随着高等级公路的发展，越来越多的反光片采用超声波焊接。焊接。

当今的汽车焊接技术在传统制造的基础上，朝着“精密分析焊接生产制造”的方向迅速发展。超声波塑料焊接具有焊接速度快、焊接强度高、密封性好等优点。它取代了传统的焊接/粘合工艺。成本低，清洁无污染，不会损坏零件。

智能机器人顺应发展趋势，在汽车零部件行业得到良好应用。超声波焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统跟踪监控。一旦发现故障，很容易排除故障和维护。

1、首先1#机器人到达拾取位置并等待。 2#机器人取海绵后，到达卸料位置等待。

注塑机完成后，由桁架机械手将零件取出，1#机器人从桁架机械手上接过注射的两个零件，分别放在A、B两个工作台上。给2#机器人送料完毕信号，即可放置海绵。同时，1#机器人更换夹爪后，到振动盘取料位并取扣。

2、2#机器人收到信号后，将海绵放在工作台A上，用超声波焊枪焊接，使海绵与零件粘在一起。焊接完成后，到达B工作台后，向1#机器人发送信号安装卡扣。 2#机器人同时将海绵放在B工作台部位并进行焊接。焊接完成后移回安全位置，等待1#机器人完成B工作台扣信号。

3、1#机器人将零件卡扣安装到B工作台上后，退回到安全位置，并向2#机器人发送完成信号。同时，更换夹具，等待下一个循环，准备前往拾取位置。

4、2#机器人收到信号后，先将B工作台上的成品零件送到输送线上，然后将A工作台零件放到输送线上。返回原位后，向1#机器人发送信号，使其前往输送线。拾取水平仪接收桁架机械手的部分。同时去获取海绵，进入第二个循环。

1、可完成多种任务，两台机器人同时工作，生产过程高节奏、高效率，并可减少占地面积；

2、机器人可以24小时工作，一台机器人可以替代4名工人，解决了企业招工难的问题，降低了成本；

3、机器人操作方便，稳定性高，故障率低，质量管理有保障。

随着工程塑料性能的不断提高，塑料作为可再生材料，已经逐渐取代了部分金属材料。结合塑料激光焊接的优点，最适合的领域是：精密塑料电子元件、医疗器械行业、汽车行业。

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新技术、新工艺研究在塑料焊接领域的应用获得了很好的发展机遇，低能耗、大功率、无毒无污染的焊接设备创新技术为塑料焊接领域做出了巨大的贡献。环境保护事业。

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