随着汽车造型的发展，需要更加美观的汽车灯具，塑料件可成型复杂自由的外形，汽车灯具正在逐步向全塑型发展，为此塑料焊接工艺在汽车灯具制造中占有重要地位。依据塑料加工特性，本文对汽车行业灯具中常用的塑料焊接技术及发展趋势进行讨论，为提升焊接质量及生产效率提供参考。
关键词：汽车；灯具；焊接技术
前言
现今汽车车灯关键件塑料化进程中，以往一些部件所用材料逐渐被特定品种的塑料所取代。比如在塑料与玻璃的比较中，质量起着重要的作用，具有光学特性的塑料不断地对玻璃在汽车中的地位进行挑战，首先是PP，它可用来制造遮阳顶，汽车制造厂也已研究其作为各种透明车窗的适用性。PC在美国和日本作为汽车前灯的首选材料，其原因是比玻璃容易制造且质量轻。PC材料的冲击强度是28～35kJ/m²，而玻璃仅0.5～1.5kJ/m²；福特汽车使用透光塑料前照灯减少了零件数量，有些车灯的设计要用金属的夹片固定灯罩和灯体，而采用塑料，可将夹片非常容易地与灯罩设计成一体，从而使塑料车灯罩在价格上比玻璃更具有竞争力。另外，像反光镜由钢件改为热固性注塑件，灯体改为ABS注塑件等，也都成为车灯零部件塑料化的趋势。
塑料的焊接局限于热塑性塑料的焊接（例外情况是热固性塑料的感应焊），为只有热塑性塑料在加热时可以熔化或软化，而热固性塑料加热时不能软化和重熔。汽车工业所用的塑料焊接方法分为两大类：一是内部加热法（通过机械运动、内部摩擦发热），如振动焊、旋转焊、超声波焊；另一类是外部加热法，如热气焊、热工具焊、电阻焊、感应焊、高频焊、激光焊等。[1]
本文对汽车行业灯具中常用的塑料焊接技术及发展趋势进行讨论，为提升焊接质量及生产效率提供参考。
1常用塑料焊接方法
1.1热气焊
热气焊类似于金属的氧乙炔气焊，只不过后者用明火前者用热气流加热。热气焊过程中，来自焊枪中的热气流（典型的温度为200～300℃，流速达15～60L/min）同时对填充棒和焊件加热，当材料表面软化达到黏稠状态时，填充棒连续压进到焊缝中。填充棒材料完全与母材成份相同，通常是圆形的（直径约3mm），焊接厚板时采用多焊道焊接。圆形填充棒的一个缺点是在多焊道过程中空气泡容易截留在焊缝中，造成强度降低，这个问题可以通过采用三角形截面焊棒解决。[1]
1.2热工具焊
热工具焊是应用最广泛的塑料焊接方法之一。焊接过程中，金属加热模具嵌入两接合表面之间直至达到塑料的熔化温度，然后热工具被抽出，对接头施加压力，使熔化表面接触在一起，在可控压力下冷却和凝固而形成焊缝。在绝大多数情况下，连接表面是平的（如塑料管的连接），采用的热工具是热板，这时热工具焊称作热板焊。但在某些情况下，如汽车前灯和尾灯的双曲接合界面，要求复杂形状的热工具以匹配其连接表面的轮廓。[1]
1.3电阻焊
电阻焊与感应焊同属于植入焊，焊接过程中，导电元件（植入物）置于接头界面充当电阻加热介质，在对导电元件通以电流（高达150A）时，由于焦耳效应，植入物被加热，热量被传递到周围的接头界面，引起塑料熔化。熔化材料在外加压力下流过植入物，随后冷却形成焊缝。导电元件嵌入在接头中，直接影响接头强度。有时候为了保证更佳的熔液流动和填充接合线处的空隙，在接合线处另外添加聚合物是有益的。[1]
1.4感应焊
感应焊的原理是铁磁性材料（电磁性材料）预先置于被焊零件界面处，相连零件置于夹具内部包含工作线圈的器具里面。线圈通电时，铁磁性材料经受交变磁场引起材料熔化，然后开始熔化对接表面，将两零件熔合在一起。铁磁性材料为填充氧化铁或金属粒子的热塑性塑料带材、棒材或垫片。为了加热混合在铁磁性材料中细小的金属或金属氧化物粒子，需要较高的频率（2～10MHz）。电场通过与感应发生器相连，由铜管组成的线圈作用于工件。线圈的设计和固定装置是感应加热的关键性因素。[1]
1.5高频焊
高频焊（介质焊）是利用高频电磁场（13～120MHz）直接作用于塑料，通过电介质加热熔化塑料形成焊缝。焊接过程中，塑料零件置于产生高频电场的两金属电极（接触电极用于将高频电流传送到焊缝处）之间，由于高频交变电场加热和电极夹持作用而焊合在一起。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种介质加热能够均匀加热透物体，因而能形成均匀焊缝。塑料在快速交变的电场中获得的热量取决于材料本身的某些性能，如材料的外形尺寸和偶极矩。高频焊焊接对具有较高电介质损耗系数的塑料，如ABS、PVC等最有效，但它不能焊接具有较低电介质损耗系数的热塑性塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯等。[2]
1.6激光焊
激光焊是一种新型、高效的塑料焊接方法。使用激光焊方法的一个先决条件就是两个零件之一必须能透过激光而另一个零件必须能吸收激光束。激光焊方法能够焊接吸收性能不同的热塑性塑料零件。在焊接开始前，连接零件相互接触，但不是处于其它焊接方法所需的外加压力下，焊接零件所需的压力由塑料熔液的热膨胀产生。焊接过程中，高性能的激光器发射出激光束贯穿透光零件而激活吸收材料表面，被吸收零件转化为热量。激光束的吸收形成了极微小的热量，结果吸收零件被润湿，因而增加了两零件之间的热接触点（面）。透过激光的零件也通过吸收零件的热传导被加热和熔化，最终在两材料之间形成瞬时渗透焊缝。[2]
1.7振动焊
振动焊（通常为线性振动焊）是利用电磁传动装置在两塑料零件之间产生（直线）相对运动的一种摩擦焊方法。在振动焊过程中，零件在压力下往复运动产生热量，使接头处的材料温度升高到熔点，在材料充分熔化之后，运动停止，塑料在压力下凝固而形成持久焊缝。振动焊的主要工艺参数是：振动频率、振幅、焊接时间、焊接压力、焊接深度。[2]
1.8旋转焊
旋转焊属于摩擦焊的范畴。塑料旋转焊与金属的摩擦焊类似。在旋转焊过程中，待焊零件在轴向力作用下，相对高速旋转摩擦，产生的摩擦热引起塑料加热和熔化。在相对运动停止后，熔化塑料在压力作用下凝固形成焊缝。与金属摩擦焊不同的是：金属摩擦焊时不出现熔化，而旋转焊时塑料在接头界面出现熔化。旋转焊的基本参数是：旋转速度、接头压力和旋转时间。[2]
1.9超声波焊
超声波焊的基本原理是利用高频机械振动（频率为10~70kHz，振幅为10~100μm）作用于塑料零件，使其在压力下产生局部加热（发热是由于表面和分子间摩擦综合作用的结果）和熔化而形成焊缝。[2]
2汽车灯具焊接技术发展趋势
随着塑料基础工业的发展，更多的材料被设计人员采用，灯体采用ABS或PC+ABS材料，反射镜采用耐高温的BMC或者PPS材料，装饰圈采用耐高温易注塑成型PC或者PBT材料，已经得到了充分的应用。现在新材料的推出速度也在不断提高，新的设备工艺流程、设备选型、软硬件设备的配置，也是不断的推出。[3]在新车投放周期不断缩短的大背景下，根据不同的材料、产品的外观要求、使用经济性、选择适宜的焊接工艺、设备来满足新型车灯的投入，是未来发展的趋势之一。
结语
随着汽车造型的发展，对产品外观、造型要求多元化，产品设计结构复杂程度不同，为此塑料焊接工艺在汽车灯具制造中占有重要地位。
参考文献：
[1]张胜玉.塑料焊接在汽车工业上的应用[J].塑料，2004，33（6）：89-94.
[2]张胜玉.塑料焊接技术在汽车配件中的应用[J].塑料科技，2004，（6）：48-52.
[3]曾明春.汽车灯具设计发展特点概述[J].轻工科技，2017，（9）：50-51.
参考文献：
[1]刘时英，付昌星，肖露云.数控加工在汽车模具制造中的应用[J].商品与质量，2017，（1）：278.
[2]李占辉.机械模具数控加工制造技术及应用探讨[J].中国设备工程，2017，（14）：177-178.
[3]沈宇辰.机械模具数控加工制造技术[J].现代制造技术与装备，2016，（11）：178-179.
[4]丘友青.数控加工技术在金属模具制造中的应用[J/OL].世界有色金属，2017，（15）：57~59.
[5]王桂林.模具制造与数控加工技术的探究[J].科技展望，2016，26（34）：39.
论文作者:张宁
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/20
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