塑料焊接技术的建筑工程应用

摘要:工程塑料作为一种常见的建筑材料,在建筑工程中的应用十分广泛,但塑料间的连接问题一直制约着工程塑料的发展和推广。文章通过整理部分常见的塑料焊接技术的特点,总结了一些塑料焊接技术的研究进展及其在工程中的应用实力,为实际工程提供参考。

关键词:工程塑料;塑料焊接工艺;建筑工程

0前言

随着时间的发展,塑料的种类不断增多,性能也越来越好,足以适应实际工程中复杂的情况。在建筑工程中使用塑料可以有效提高结构各方面的性能。塑料焊接技术是一种常见的塑料与塑料间的连接技术,它能够使塑料板紧密结合,焊接完成的构件有良好的整体性和密封性,可以解决施工过程中很多实际问题,为工程中遇到的很多难题提供新的解决途径。同时,塑料焊接技术的应用有助于加快施工进度,节省经费。文章对塑料焊接技术进行了调研整理,列举了一些常见的塑料焊接技术,并针对不同的焊接技术分析其特点,为实际工程提供参考和依据。

1塑料构件之间的连接方式

塑料构件之间常见的连接方法有热熔、粘贴、焊接等方式。热熔连接是将两个或多个塑料部件加热直到熔融,将经过加热处于熔融状态的塑料部件放在一起,并在外部压力作用下使两个或多个熔融面紧密贴合,待其冷却后成为一个整体。热熔粘贴连接是利用粘贴剂将几个塑料部件粘贴在一起,待一段时间后,粘贴剂完全固化,整体达到一定的力学性能。焊接是两种或两种以上的塑料构件,通过加热、加压等方式,使不同构件中分子相互扩散,从而使部件紧密结合的工艺过程。

2常见的塑料焊接技术

塑料焊接是一种常见的塑料与塑料之间连接的方式,由于塑料焊接工序简单易操作、焊接性能较好,所以应用广泛,常见于我们的日常生活中。塑料焊接方法可分为以下几种:外加热源焊接、机械运动焊接、电磁作用焊接。其中,常见的外加热源的塑料焊接技术有热板焊接、热风焊接、热棒焊接和脉冲焊接等;机械运动的焊接技术有摩擦焊接和超声波焊接;电磁作用软焊接的塑料焊接技术有高频焊接、红外线焊接和激光焊接。

2.1热板焊接

热板焊接是一种常见的塑料焊接工艺。将待焊接的塑料构件放在带有控温装置的热板上对其进行加热,然后用将加热熔化的表面挤压在一起,待其冷却后完成焊接。热板焊接适用于于各种尺寸的构件,对焊接面的面积没有要求,具有操作简便、灵活度高、焊缝精密误差低等优点。常用于高分子树脂构件和塑料构件的焊接。

2.2热气体焊接

热气体焊接是一种操作灵活简单的塑料焊接方式。焊接时先对焊枪内的电阻进行加热,通过电机吹出的风带走电阻的热能形成高温热气体,用高温气体加热使待焊接的塑料构件熔化并粘合在一起,待焊缝冷却凝固后完成焊接。热气体焊接分为点焊、挤焊和永久热气焊三种。点焊是使用特殊的焊枪对材料进行临时加热焊接,无需使用焊条,这种焊接方法快捷简便,适合于临时焊接和小构件的焊接,但焊缝的强度不高;永久焊要使用与待焊材料相同的焊条,焊枪在焊接区域上以来回移动,使焊条和焊槽软化并粘合在一起,待其完全固化后完成焊接。挤焊是指对填充塑料以焊条的形式给出。首先将焊条填入焊枪内,然后由焊枪内的电动机驱动加热将加热后的焊条挤出,最后将挤出的焊条填入焊槽内,待焊接区域冷却后完成焊接。

2.3超声波焊接

超声波焊接是通过超声波发生器将高频电流转换成低频率的电能,再将转换后的低频率电能转化为同等频率的机械运动,随后通过变幅传感装置将低频机械运动传递到焊头。焊头将震动转化来的能量传递到待焊区域,使待焊的塑料面迅速熔化,在外力的作用下使其成为一体。当超声波停止作用后,对焊接部位进行降温,使其凝固并冷却到常温,完成焊接流程,超声波焊接可以最大限度地保证焊接区域塑料的性能,使其焊接强度更接近与原材料的强度。

2.4激光焊接

激光焊接技术在20世纪70年代出现,这种技术借助激光产生的热能对待焊接的塑料构件进行加热,进而完成焊接。但当时由于技术条件所限,无法推广应用。从20世纪90年代后,由于技术革新,激光焊接的成本大幅下降,该技术的优势才逐渐显露出来,在市场上不断推广并且得到了广泛应用。激光焊接的优势在于焊接精密度极高,焊接过程清洁环保,适用于加工精密的塑料构件。而且由于激光焊接技术机械化、智能化程度高,其焊接速度快,十分适合大批量加工、流水线作业。

3塑料焊接技术在工程领域的应用

陶永亮等介绍了热塑性塑料的焊接方法及原理,分析了超声波焊接、激光焊接、摩擦焊接、热风焊接、高频焊接、感应焊接等方法,并总结了塑料焊接在工程中应用方面的情况[1]。龚飞研究了近红外线激光在以塑料为介质时发生的的反射、散射和透射作用。在激光透射焊接的原理和基础上,对搭接接头形式进行改进,分析了塑料的热力学性能,研究了热塑性塑料pp激光透射焊接技术[2]。张新、张晋安等提出了pp塑料激光透射焊接剪切强度测试的方法,采用新的试样制备方法,选取透明和不透明两种聚丙烯(PP)材料在万能材料试验机上进行了验证性试验,得到了较为精确的塑料焊接强度和焊缝的剪切强度,为塑料焊接在实际工程中的应用提供了理论依据[3]。苏州混凝土水泥制品研究院于2012年11月起草了《内衬PVC片材混凝土和钢筋混凝土排水管》行业规范,里面详细规定了PVC胶片的焊接要求[4]。牛国梁就建筑用塑料门窗主型材可焊接性及其检验进行简单的介绍,并且对影响主型材可焊接性的相关因素进行分析,使施工人员对建筑用塑料门窗主型材可焊接性及其检验有一个整体上的把握[5]。张耀君根据激光透射焊接的机理,采用工艺实验和数值模拟相结合的方法,以PMMA材料为研究对象,进行了较为系统的研究。分析了影响焊接质量的主要影响因素,并选取激光功率、焊接速度、光斑直径和脉冲频率为主要研究参数,为研究焊接机理提供了新的方法,为提高焊接精度提供了理论依据[6]。剑桥大学与英国焊接研究所在传统的电子束光刻和激光焊接技术基础上,开发了新的塑料焊接技术。用该技术对热塑性塑料进行焊接,形成国际上最小的焊缝,填补了该领域的空白。吕康成等针对现有的隧道防水层铺设工艺存在的问题,对水密塑料焊接组件的防水性能进行了实验[7],并研究了使用水密塑料组件进行隧道防水层铺设的方法。

4结语

工程塑料种类繁多,作为一种常见的建筑材料,有很大的发展和应用潜力。文章介绍的热板焊接、热气体焊接、激光焊接塑料和超声波焊接等技术在当前塑料焊接技术中使用较为广泛。这些焊接技术经济性好,可靠性强,操作简便。在推广绿色建筑和节能建筑的今天,有很大的使用意义和广泛的应用前景。

参考文献:

[1]陶永亮.塑料焊接加工几种方法[J].塑料制造,2011,12:75-79.

[2]龚飞.热塑性塑料PP激光透射焊接技术研究[D].武汉:华中科技大学,2011.

[3]张新,张晋安.PP塑料激光焊接透射焊接焊接剪切强度测试方法研究[J].激光应用技术,2014,44(6):619-623.

[4]JC/T2280—2014,内衬PVC片材混凝土和钢筋混凝土排水管[S].苏州:苏州混凝土水泥制品研究院有限公司,2014.

[5]牛国梁.建筑用塑料门窗主型材可焊接性及其检验[J].门窗,2014(3):252.

[6]张耀君.塑料激光透射焊接工艺研究及其数值模拟[D].华南理工大学,2012.

[7]吕康成,许鹏,马超超,吉哲.基于水密型塑料组件的隧道防水层铺设方法研究[J].现代隧道技术,2012,49(6):38-42.

作者:王振清 席达 张庆章 丁明 单位:河南工业大学土木建筑学院

阅读次数:人次