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振動摩擦焊接結構設計

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振動摩擦焊接焊縫設計

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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。

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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:

  • 對于薄壁件(例如壁厚小于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。

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圖2 治具支撐位置

1 Dukane焊縫設計

1.1 對接焊縫

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1.2 加外擋的焊縫設計

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1.3 內外帶擋料的焊縫設計

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1.4 典型的車燈焊縫設計

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2 Extol焊縫設計

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注明: 振幅(峰值到峰值的距離)。對于常用的高頻振動摩擦焊接(240Hz)的振幅大小為0.4-1.8mm。對于低頻(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

采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系曲線如下圖。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,然后逐漸下降。

  • 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,對于無填充的材料,焊接筋寬度應等于零件壁厚。對于含有填充物的材料,焊接筋寬度≥1.2倍的零件壁厚。這取決于焊縫強度要求。

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。焊線盡可能設計在平面上,且最大角度≤10°;對于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??梢钥闯?,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。

END


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