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摘要：随着汽车走进千家万户，汽车不仅是人们出行的必要交通工具，汽车的外观精致，动感也成为人们追求的艺术美体现。汽车灯具精致的外观更为吸引顾客的首要零部件，由此对汽车灯具焊接工艺质量提升带来更高的要求，常见的焊接工艺包含：超声波焊接、振动摩擦焊接、热板焊接、激光焊接，焊接工艺的不同带来了对产品及工装设计存在不同的要求，焊接所产生的不同问题需要通过调整产品结构、焊接工艺、焊接工装等进行焊接质量提升。
关键词：汽车灯具焊接，产品结构
概述：据统计，全球范围内汽车灯具的焊接中，超声波焊接、振动摩擦焊接和热板焊接占据的比重最大。这三种技术都可提供多种经济的焊接系统，它们都属于接触式焊接方式，会对工件或者治具产生较大的机械应力。激光焊接为近几年灯具焊接行业新兴技术，应用这种方法进行焊接时，激光首先穿透顶层材料到达焊接区，但在穿透的同时会稍有衰减，而剩余的激光到达焊接区时被底层材料吸收，由此产生热量，再借助夹具向塑料工件施加压力，并同时将热量传导给顶层工件，从而使结合面的塑料熔化，最终将工件焊接起来。
1. 超声波焊接
是采用低振幅，高频率振动能量使表面和分子摩擦产生塑料制件焊接相连所需的热量。汽车灯具行业超声波焊接多采用15-20kHz振幅，其振幅范围为15-60 um，其中15kHz（低频率，高振幅）主要应用于较大制件或较软材料（如PMMA和ABS的焊接），焊接时间通常在0.5-1.5s内发生，焊接工艺变量包括焊接时间、焊接压力、焊头位置。超声焊接设备通常用来焊接中、小尺寸的热塑性塑料件，而很大的制件可用多点焊接。20 kHz（高频率，低振幅）主要应用于较硬材料（如PMMA和PC的焊接），焊接时间和焊接变量无异于15 kHz。
超声波焊接工艺可根据焊接时间或焊缝位置、焊接能量控制，也对焊接压力和冷却时间提供附加控制。
产品结构设计:
a、熔接法：以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。
b、铆焊法：将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。
c、埋植：藉着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。
d、成型：本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。
e、点焊: 将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的，对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。
2.振动摩擦焊接
振动焊接是摩擦焊接过程，焊接过程中被焊接的制件在压力下摩擦到一起直到生成的摩擦和剪切热量使熔接面达到充分熔融状态，一旦熔融膜已经形成渗入到足够深的熔接区域，相对运动停止，在压力作用下焊接处冷却并固化。汽车灯具行业振动摩擦焊接频率为100/240kHz，振幅0.6-1.5mm,焊接压力1.0-3.0Mpa,焊接时间5-10sec。
振动摩擦焊接工艺优势为：可焊接不规则、形状复杂的制件，可熔接大型零件，焊接能力强、接口可靠，能够一次焊接多个工件，无需借助其他结合物质，无臭味、不会造成环保问题，对于受潮与含高量添加物之塑料有良好的熔接效果，耗电量低,模具替换性高。
产品结构设计(图1)：
常见问题及对策(表1)：
3.热板焊接
热板焊接主要是通过一个由温度控制的加热板来焊接塑料件。焊接时，加热板置于两个塑料件之间，当工件紧贴住加热板时，塑料开始熔化。在一段预先设置好的加热时间过去之后，工件表面的塑料将达到一定的熔化程度，此时工件向两边分开，加热板移开，随后两工件压合在一起。当达到一定的焊接时间和焊接深度之后，整个焊接过程完成。汽车行业灯具热板焊接工艺参数一般为：热模温度410-430℃（低温为210-260℃）、热熔压力0.4-0.6Mpa、热熔时间6-12S、压合压力0.4-0.6 Mpa、压合时间6-12S 。
产品结构设计：
a、采用热板焊接工艺进行设计时，根据下述顺序：
顺序1：热板加工轴方向的设定；
顺序2：模具脱模方向；
顺序3：焊接面的构成；
顺序4：各部焊接筋的构成。
B、热板焊接筋的角度：
热板焊接筋的角度原则上与热板加工方向平行，但为了减少装饰部分，热板焊接筋倾斜时分别为θ=45° 以下。
图2
综上所述，四种焊接形式均为汽车灯具行业成熟应用的焊接工艺，超声波、振动摩擦、热板焊接国内具备成熟的设备生产体系，激光焊接随着技术不断突破也由萌芽进入到发展阶段，为焊接工艺的选择提供更多空间，对汽车的精致感知提供更优的方案。
论文作者:毛伟坡
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/22
标签：工件论文; 摩擦论文; 灯具论文; 焊接工艺论文; 振幅论文; 汽车论文; 制件论文; 《基层建设》2018年第7期论文;