和其它塑料焊接工藝一樣,焊縫設計非常重要。常見的振動摩擦的焊縫設計如圖1所示,主要有對接接頭、帶法蘭或者帶側擋的溝槽焊縫設計。根據產品焊接要求,選擇適合的焊縫設計。
圖1 A--對接焊縫 (Butt Joint) B--帶法蘭對接焊縫 (Butt with U-flange) C--帶法蘭溝槽焊縫 (Tongue and Groove with U-flange) D--帶雙舌的溝槽焊縫 (Double Tongue and Groove)
注意幾點:
對於薄壁件(例如壁厚小於0.8mm)或者較高無支撐的零件,焊縫區域設計法蘭是有必要的。法蘭扣在治具上以固定產品,防止零件薄壁彎曲。C 和 D兩種設計,內外設計有擋邊,可以防止溢料流出。避免可能的外觀和功能問題。最佳的治具設計如圖2所示。焊接壓力直接作用在焊筋上方。上下治具壓緊產品,傳遞振動和焊接壓力。因此,焊縫區域的結構設計應有足夠的剛度,以最小路徑傳遞壓力,同時避免結構上的應力集中。

1 Dukane焊縫設計
1.1 對接焊縫
1.2 加外擋的焊縫設計
1.3 內外帶擋料的焊縫設計
1.4 典型的車燈焊縫設計
2 Extol焊縫設計
註明: 振幅(峰值到峰值的距離)。對於常用的高頻振動摩擦焊接(240Hz)的振幅大小為0.4-1.8mm。對於低頻(120Hz)振動摩擦焊接振幅大小為 1.8-4.0mm。
3 焊接深度與焊接強度
採用振動摩擦焊進行焊接的含玻纖的尼龍部件,其焊縫強度與焊接深度的關係曲線如下圖。注意,該曲線可能會因零件壁厚和焊縫設計變化而變化。曲線供參考。
從該曲線可以得到以下幾點結論
焊接的最大強度約為母材的75%。焊接深度1.5毫米時,焊接強度達到最大值。曲線急劇上升到最大值,然後逐漸下降。為了獲得高強度焊接,零件的焊接深度應設計在1.2mm-2.2mm。為了獲得與母體材料相當的強度,需要增加焊接筋的寬度。一般經驗,對於無填充的材料,焊接筋寬度應等於零件壁厚。對於含有填充物的材料,焊接筋寬度≥1.2倍的零件壁厚。這取決於焊縫強度要求。4 振動方向與焊線分布
理想情況下,焊接線分布在一個大平面上,不需要考慮振動方向的選擇。且這樣的焊縫設計容易獲得一致的焊接強度。實際中,許多產品的焊接線是三維輪廓,設計時需要考慮以下幾點:
沿振動方向。焊線儘可能設計在平面上,且最大角度≤10°;對於紅外焊接的振動摩擦焊接,最大角度可以增加到15°。垂直于振動方向,最大角度限制在60°,如下圖所示。可以看出,在斜面區域的焊接深度和焊接壓力都會明顯降低,可能導致焊接強度不均勻和不足的問題。
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