選擇正確的焊接工藝

1、選擇正確的焊接工藝 面對(duì)多種焊接工藝，根據(jù)預(yù)算選擇最適于設(shè)備的工藝尤為重要。本文將對(duì)六種主要工藝進(jìn)行比較。雖然快速接頭和壓接是成本最低的方法，但是它們通常不夠耐久，并且可靠性較低。此時(shí)，塑料焊接往往是最佳選擇。面對(duì)著眾多可以選擇的連接方式時(shí)，許多設(shè)計(jì)者面臨著另一個(gè)選擇：要么在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)大量的專業(yè)知識(shí)，要么采用已經(jīng)熟悉的工藝。然而第二種選擇常常導(dǎo)致設(shè)備采用了次佳的工藝進(jìn)行裝配。通過理解不同的方法并進(jìn)行比較，然后確定最佳的方案是非常重要的。本文將列舉6種常見的塑焊方法，并介紹每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以幫助設(shè)計(jì)者理解和比較這些方法。 超聲焊接超聲焊接的材料必須要細(xì)薄或堅(jiān)硬。超聲焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)恰好符合醫(yī)療

2、設(shè)備裝配的要求，因而此工藝被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的焊接。由于循環(huán)周期短，超聲焊接通常成本較少。此外，同其它工藝相比，超聲焊接的設(shè)備和工具成本也相對(duì)較低。超聲焊接一般會(huì)產(chǎn)生閃光和微粒，但是閃光通?？梢钥刂疲⒘５臄?shù)量通常很少，因此適合潔凈室操作。該工藝相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。它是一種常用的方法，通常為設(shè)計(jì)者所熟知。超聲焊接工藝的控制復(fù)雜程度較高，如果工藝輸入保持一致的話，生產(chǎn)質(zhì)量相當(dāng)可靠。然而，超聲焊接受到工具設(shè)計(jì)中聲學(xué)局限的約束，對(duì)于部件的構(gòu)造和外形具有一定的限制。聲音在材料中的傳輸是非常重要的，通常要求接口近似平面，從而使聲音傳輸?shù)浇涌谏先我恻c(diǎn)的距離相等。除非截面非常薄，否則一般要求材料相對(duì)比較

3、堅(jiān)硬。本方法更為不便的局限是在加工過程中會(huì)導(dǎo)致元件振動(dòng)。對(duì)一些材料，如未加固的半晶體材料，進(jìn)行加工時(shí)尤為困難。部件必須能夠經(jīng)受住振動(dòng)，而超聲還可能會(huì)對(duì)這些材料的性質(zhì)造成破壞。熱鉚合是一項(xiàng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工藝。熱鉚合、型鍛和插入工藝不會(huì)產(chǎn)生微粒，也不會(huì)造成組件振動(dòng)。該工藝非常容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工具和資金的投入也相對(duì)較低。熱鉚合和插入能夠同時(shí)在多個(gè)平面和點(diǎn)位上進(jìn)行，對(duì)于工具設(shè)計(jì)無聲學(xué)局限限制，工藝過程簡(jiǎn)單，發(fā)生問題時(shí)比較容易解決。然而對(duì)于一些熔融溫度范圍較窄的材料，建議不要采用本工藝，置于加熱環(huán)境可能會(huì)影響一些裝配部件。由于熔融溫度范圍較窄，容易將材料燒焦或使材料變得非常松軟。當(dāng)采用特殊技術(shù)時(shí)，該工

4、藝能夠從多個(gè)方向進(jìn)行。用此工藝對(duì)缺乏剛性或高結(jié)晶性材料進(jìn)行加工也比較困難。該工藝需要消耗加熱器和熱電偶，加熱器燒壞檢測(cè)費(fèi)用可能比較昂貴。在工藝中采用空氣冷卻可能在一些凈室中無法接受。本方法同超聲焊接相比更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間可能也是一個(gè)缺點(diǎn)，許多醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商不喜歡該工藝的開環(huán)特征。采用此工藝對(duì)加筋材料填充物進(jìn)行加工會(huì)尤為困難。旋轉(zhuǎn)熔接旋轉(zhuǎn)熔接確保工藝控制，工藝過程可清楚預(yù)見 。旋轉(zhuǎn)熔接是一種快速簡(jiǎn)便的工藝，用于生產(chǎn)密封性接口。與前面介紹的兩種方法相同，此工藝也較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工具和資金投入較低。在工藝輸入保持一致時(shí)，重復(fù)性高?，F(xiàn)代化的旋轉(zhuǎn)熔接工藝比較復(fù)雜，并且增加了工藝的靈活性。該工藝會(huì)產(chǎn)生閃光，

5、但是通?？梢钥刂疲ū瘸暫附佣啵Ｔ摴に囈子诶斫?，比較直觀，易于排錯(cuò)。旋轉(zhuǎn)熔接工藝不需要消耗品，周期短，能夠形成密封性接口。復(fù)雜的設(shè)備能夠確保工藝控制，工藝過程可清楚預(yù)見。旋轉(zhuǎn)熔接的最大限制是接口必須為圓形，對(duì)于小部件需要較高轉(zhuǎn)速（每分鐘超過10,000轉(zhuǎn)），如果旋轉(zhuǎn)部件非常不勻稱的話，則必須解決平衡問題。該方法要求伺服馬達(dá)具有較大的斷裂力矩。采用本工藝生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備的一個(gè)最大問題在于過程中產(chǎn)生的大量微粒。旋轉(zhuǎn)熔接可能對(duì)于塑料中熔融指數(shù)和熔融溫度的差異比較敏感。除此之外，對(duì)加筋材料，如含有25到30%玻璃的材料，很難進(jìn)行加工。在這些情況下，最好考慮其他工藝，例如超聲和振動(dòng)焊接。本工藝也很難對(duì)潤(rùn)滑

6、度高的材料進(jìn)行加工，因?yàn)樗枰蕾嚫叨鹊哪ゲ亮?。熱板焊接熱板焊接是加工具有不同熔融指?shù)和溫度材料的最佳工藝。熱板焊接能夠用于幾乎任何尺寸和幾何形狀的部件加工，在裝配過程中不會(huì)產(chǎn)生微粒或帶來振動(dòng)。其工具和資金投入通常高于前面介紹的小型機(jī)械工藝，但是低于其他大型機(jī)械工藝。不使用消耗材料，系統(tǒng)成本為振動(dòng)焊接的一半。熱板焊接可能是軟性或易彎曲材料的唯一選擇。本工藝適合加工軟性合成橡膠，例如注射器球等。本工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，相對(duì)而言能輕易為大多數(shù)材料加工密封接口，并且在出現(xiàn)問題時(shí)非常容易解決，是對(duì)付材料熔融溫度和熔融指數(shù)存在差異的最佳工藝，同時(shí)也是處理高潤(rùn)滑材料如PTFE的最佳選擇，該工藝能夠處理在多個(gè)方向

7、上的接口彎曲。熱板焊接是本文討論的方法中循環(huán)周期最長(zhǎng)的工藝，不宜用于較窄熔融溫度范圍材料的焊接。本工藝基本上是開環(huán)的。置于加熱環(huán)境可能會(huì)影響一些裝配部件，并且工藝中會(huì)產(chǎn)生閃光（可以捕捉）。燒焦的材料可能會(huì)被帶入接口，這可能會(huì)影響液體存儲(chǔ)器應(yīng)用中的加工。一般的高溫材料，特別是高溫半晶體材料，因?yàn)椴荒苁褂每拐澈贤繉?，非常難以加工。此外這些材料具有明顯的熔點(diǎn)，重新固化材料的外皮很難斷開。因?yàn)槿廴诘乃芰峡赡苷吃跓岚迳?，加筋材料也難以加工。對(duì)于這些材料，振動(dòng)焊接是一項(xiàng)很好的選擇。加熱器和熱電偶是本工藝的消耗品，并且能量的消耗很高。加熱器燒壞檢測(cè)會(huì)增加額外的費(fèi)用，通常當(dāng)一個(gè)熱電偶燒壞時(shí)，會(huì)給另一個(gè)加熱器增

8、加額外的負(fù)擔(dān)，因此燒壞檢測(cè)非常必要。該工藝還可能在凈室釋放熱量和煙。熱板維修會(huì)將燃燒微粒帶入焊接接口，塑料也可能會(huì)粘在熱板上。不幸的是目前還沒有涂層能夠解決這一問題。振動(dòng)焊接適用于加工大型或彎曲部件，但是不可用于高潤(rùn)滑材料。振動(dòng)焊接通常被視為大型部件的加工工藝，但是它也可被用于較小部件的加工，特別當(dāng)每個(gè)機(jī)械周期加工超過一個(gè)部件時(shí)。即使材料熔融溫度范圍較窄，因?yàn)椴捎么罅康臒崃?，也相?duì)容易實(shí)現(xiàn)接口密封。該工藝無消耗品，特別適合高溫材料和通常難以加工的半晶體材料，有筋或無筋都可。對(duì)大型機(jī)械工藝來說，振動(dòng)焊接的循環(huán)周期可算是較短的，工藝本身對(duì)于樹脂化學(xué)組成的變化不敏感。振動(dòng)焊接能夠處理橫振動(dòng)方向相當(dāng)大

9、的彎曲。該工藝采用巨大的合模力，能夠輕易地解決翹曲的部件，是焊接大型部件的最佳工藝之一。對(duì)于大多數(shù)部件而言，本工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。振動(dòng)焊接總會(huì)產(chǎn)生微粒和閃光，雖然閃光可以被捕捉到。一些裝配部件可能無法經(jīng)受住振動(dòng)。而常常需要的接合凸緣則是式樣問題。該工藝不能用于加工長(zhǎng)的、無支持的圍壁，如多復(fù)室容器，特別在橫振動(dòng)方向。本工藝不適合高潤(rùn)滑度的材料如PTFE，除非橫截面很薄，部件必須具有一定的鋼性（盡管織物和過濾應(yīng)用通?？尚校１竟に嚥贿m合合成橡膠材料。許多振動(dòng)焊機(jī)采用液壓?jiǎn)卧?，可能無法在凈室內(nèi)使用，盡管能夠用氣動(dòng)升降臺(tái)建立中小型機(jī)械。資金投入（約十萬美元）和工具成本（至少12,000到15,000美元）

10、較高。盡管一般噪音限制在80分貝內(nèi)，振動(dòng)焊機(jī)可能仍是生產(chǎn)車間中噪音最大的機(jī)械。在醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)中使用振動(dòng)焊接不多見，可能是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者并沒有想到將它納入考慮。激光焊接激光焊接可用于帶有填充劑和添加劑的材料，因?yàn)樗鼘?duì)于樹脂化學(xué)組成的變化不敏感。激光焊接不產(chǎn)生振動(dòng)和微粒，在大多數(shù)情況下無閃光和噪音。某些連接設(shè)計(jì)和機(jī)械概念讓設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)部件結(jié)構(gòu)中有相當(dāng)大的自由度。這是一種高精密度的工藝，可以適用于從很小到很大的部件。取決于連接設(shè)計(jì)的策略，激光焊接可能是本文介紹的工藝中最具有可修復(fù)性的工藝。本工藝可以加工彎曲部件，對(duì)于樹脂化學(xué)組成和添加劑的變化相對(duì)不敏感。然而樹脂化學(xué)組成和添加劑能夠顯著影響將焊接能量輸送

11、到焊接區(qū)域的能力。例如有些顏料和填充物如云母完全不透光。此外不同的天然樹脂如POM和PTFA（PFA流動(dòng)）對(duì)于光的散射也盡不相同。通過較厚部位的焊接需要大量的激光能量，從而可能增加成本。本工藝可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的工藝控制。復(fù)雜系統(tǒng)可以具有高度編程功能，并能夠采用固定識(shí)別來使經(jīng)濟(jì)批量的尺寸非常接近于某一部件。本工藝基本上不受部件尺寸條件的約束。激光焊接仍然需要相對(duì)較高的資金投入，雖然在一些情況下可能少于其他大型機(jī)械工藝。伴隨著高資金投入的是快速的循環(huán)周期。該工藝對(duì)于部件的裝備敏感，特殊顏料和吸附劑的成本在一些應(yīng)用中需要加以考慮。此外一些材料需要在加工過程中使用保護(hù)氣。激光焊接機(jī)通常是根據(jù)需要建造的，很少有標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)化模型存在。對(duì)于光學(xué)和激光部件的維護(hù)最好交給專業(yè)人員去完成，本工藝需要一些消耗品。結(jié)論許多醫(yī)療設(shè)備的制造不需要消耗粘合劑和緊固件，當(dāng)需要可靠連接時(shí)，塑焊常常是最佳的解決方案（即使快速接頭和壓接是代價(jià)最低的方法）。要決定特定應(yīng)用的最佳解決方案，關(guān)鍵在于理解不同的焊接方法。上述介紹的