塑料焊接技術(shù)的建筑工程應(yīng)用

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摘要:工程塑料作為一種常見的建筑材料，在建筑工程中的應(yīng)用十分廣泛，但塑料間的連接問題一直制約著工程塑料的發(fā)展和推廣。文章通過整理部分常見的塑料焊接技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)了一些塑料焊接技術(shù)的研究進(jìn)展及其在工程中的應(yīng)用實(shí)力，為實(shí)際工程提供參考。

關(guān)鍵詞:工程塑料；塑料焊接工藝；建筑工程

0前言

隨著時(shí)間的發(fā)展，塑料的種類不斷增多，性能也越來越好，足以適應(yīng)實(shí)際工程中復(fù)雜的情況。在建筑工程中使用塑料可以有效提高結(jié)構(gòu)各方面的性能。塑料焊接技術(shù)是一種常見的塑料與塑料間的連接技術(shù)，它能夠使塑料板緊密結(jié)合，焊接完成的構(gòu)件有良好的整體性和密封性，可以解決施工過程中很多實(shí)際問題，為工程中遇到的很多難題提供新的解決途徑。同時(shí)，塑料焊接技術(shù)的應(yīng)用有助于加快施工進(jìn)度，節(jié)省經(jīng)費(fèi)。文章對(duì)塑料焊接技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研整理，列舉了一些常見的塑料焊接技術(shù)，并針對(duì)不同的焊接技術(shù)分析其特點(diǎn)，為實(shí)際工程提供參考和依據(jù)。

1塑料構(gòu)件之間的連接方式

塑料構(gòu)件之間常見的連接方法有熱熔、粘貼、焊接等方式。熱熔連接是將兩個(gè)或多個(gè)塑料部件加熱直到熔融，將經(jīng)過加熱處于熔融狀態(tài)的塑料部件放在一起，并在外部壓力作用下使兩個(gè)或多個(gè)熔融面緊密貼合，待其冷卻后成為一個(gè)整體。熱熔粘貼連接是利用粘貼劑將幾個(gè)塑料部件粘貼在一起，待一段時(shí)間后，粘貼劑完全固化，整體達(dá)到一定的力學(xué)性能。焊接是兩種或兩種以上的塑料構(gòu)件，通過加熱、加壓等方式，使不同構(gòu)件中分子相互擴(kuò)散，從而使部件緊密結(jié)合的工藝過程。

2常見的塑料焊接技術(shù)

塑料焊接是一種常見的塑料與塑料之間連接的方式，由于塑料焊接工序簡單易操作、焊接性能較好，所以應(yīng)用廣泛，常見于我們的日常生活中。塑料焊接方法可分為以下幾種:外加熱源焊接、機(jī)械運(yùn)動(dòng)焊接、電磁作用焊接。其中，常見的外加熱源的塑料焊接技術(shù)有熱板焊接、熱風(fēng)焊接、熱棒焊接和脈沖焊接等；機(jī)械運(yùn)動(dòng)的焊接技術(shù)有摩擦焊接和超聲波焊接；電磁作用軟焊接的塑料焊接技術(shù)有高頻焊接、紅外線焊接和激光焊接。

2.1熱板焊接

熱板焊接是一種常見的塑料焊接工藝。將待焊接的塑料構(gòu)件放在帶有控溫裝置的熱板上對(duì)其進(jìn)行加熱，然后用將加熱熔化的表面擠壓在一起，待其冷卻后完成焊接。熱板焊接適用于于各種尺寸的構(gòu)件，對(duì)焊接面的面積沒有要求，具有操作簡便、靈活度高、焊縫精密誤差低等優(yōu)點(diǎn)。常用于高分子樹脂構(gòu)件和塑料構(gòu)件的焊接。

2.2熱氣體焊接

熱氣體焊接是一種操作靈活簡單的塑料焊接方式。焊接時(shí)先對(duì)焊槍內(nèi)的電阻進(jìn)行加熱，通過電機(jī)吹出的風(fēng)帶走電阻的熱能形成高溫?zé)釟怏w，用高溫氣體加熱使待焊接的塑料構(gòu)件熔化并粘合在一起，待焊縫冷卻凝固后完成焊接。熱氣體焊接分為點(diǎn)焊、擠焊和永久熱氣焊三種。點(diǎn)焊是使用特殊的焊槍對(duì)材料進(jìn)行臨時(shí)加熱焊接,無需使用焊條，這種焊接方法快捷簡便，適合于臨時(shí)焊接和小構(gòu)件的焊接，但焊縫的強(qiáng)度不高；永久焊要使用與待焊材料相同的焊條，焊槍在焊接區(qū)域上以來回移動(dòng)，使焊條和焊槽軟化并粘合在一起，待其完全固化后完成焊接。擠焊是指對(duì)填充塑料以焊條的形式給出。首先將焊條填入焊槍內(nèi)，然后由焊槍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)加熱將加熱后的焊條擠出，最后將擠出的焊條填入焊槽內(nèi)，待焊接區(qū)域冷卻后完成焊接。

2.3超聲波焊接

超聲波焊接是通過超聲波發(fā)生器將高頻電流轉(zhuǎn)換成低頻率的電能，再將轉(zhuǎn)換后的低頻率電能轉(zhuǎn)化為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后通過變幅傳感裝置將低頻機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞到焊頭。焊頭將震動(dòng)轉(zhuǎn)化來的能量傳遞到待焊區(qū)域,使待焊的塑料面迅速熔化，在外力的作用下使其成為一體。當(dāng)超聲波停止作用后，對(duì)焊接部位進(jìn)行降溫，使其凝固并冷卻到常溫，完成焊接流程，超聲波焊接可以最大限度地保證焊接區(qū)域塑料的性能，使其焊接強(qiáng)度更接近與原材料的強(qiáng)度。

2.4激光焊接

激光焊接技術(shù)在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，這種技術(shù)借助激光產(chǎn)生的熱能對(duì)待焊接的塑料構(gòu)件進(jìn)行加熱，進(jìn)而完成焊接。但當(dāng)時(shí)由于技術(shù)條件所限，無法推廣應(yīng)用。從20世紀(jì)90年代后，由于技術(shù)革新，激光焊接的成本大幅下降，該技術(shù)的優(yōu)勢才逐漸顯露出來，在市場上不斷推廣并且得到了廣泛應(yīng)用。激光焊接的優(yōu)勢在于焊接精密度極高，焊接過程清潔環(huán)保，適用于加工精密的塑料構(gòu)件。而且由于激光焊接技術(shù)機(jī)械化、智能化程度高，其焊接速度快，十分適合大批量加工、流水線作業(yè)。

3塑料焊接技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用

陶永亮等介紹了熱塑性塑料的焊接方法及原理,分析了超聲波焊接、激光焊接、摩擦焊接、熱風(fēng)焊接、高頻焊接、感應(yīng)焊接等方法，并總結(jié)了塑料焊接在工程中應(yīng)用方面的情況[1]。龔飛研究了近紅外線激光在以塑料為介質(zhì)時(shí)發(fā)生的的反射、散射和透射作用。在激光透射焊接的原理和基礎(chǔ)上，對(duì)搭接接頭形式進(jìn)行改進(jìn)，分析了塑料的熱力學(xué)性能，研究了熱塑性塑料pp激光透射焊接技術(shù)[2]。張新、張晉安等提出了pp塑料激光透射焊接剪切強(qiáng)度測試的方法，采用新的試樣制備方法，選取透明和不透明兩種聚丙烯（PP）材料在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)，得到了較為精確的塑料焊接強(qiáng)度和焊縫的剪切強(qiáng)度，為塑料焊接在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)[3]。蘇州混凝土水泥制品研究院于2012年11月起草了《內(nèi)襯PVC片材混凝土和鋼筋混凝土排水管》行業(yè)規(guī)范，里面詳細(xì)規(guī)定了PVC膠片的焊接要求[4]。牛國梁就建筑用塑料門窗主型材可焊接性及其檢驗(yàn)進(jìn)行簡單的介紹，并且對(duì)影響主型材可焊接性的相關(guān)因素進(jìn)行分析，使施工人員對(duì)建筑用塑料門窗主型材可焊接性及其檢驗(yàn)有一個(gè)整體上的把握[5]。張耀君根據(jù)激光透射焊接的機(jī)理，采用工藝實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，以PMMA材料為研究對(duì)象，進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。分析了影響焊接質(zhì)量的主要影響因素，并選取激光功率、焊接速度、光斑直徑和脈沖頻率為主要研究參數(shù)，為研究焊接機(jī)理提供了新的方法，為提高焊接精度提供了理論依據(jù)[6]。劍橋大學(xué)與英國焊接研究所在傳統(tǒng)的電子束光刻和激光焊接技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)了新的塑料焊接技術(shù)。用該技術(shù)對(duì)熱塑性塑料進(jìn)行焊接，形成國際上最小的焊縫，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。呂康成等針對(duì)現(xiàn)有的隧道防水層鋪設(shè)工藝存在的問題，對(duì)水密塑料焊接組件的防水性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)[7]，并研究了使用水密塑料組件進(jìn)行隧道防水層鋪設(shè)的方法。

4結(jié)語

工程塑料種類繁多,作為一種常見的建筑材料，有很大的發(fā)展和應(yīng)用潛力。文章介紹的熱板焊接、熱氣體焊接、激光焊接塑料和超聲波焊接等技術(shù)在當(dāng)前塑料焊接技術(shù)中使用較為廣泛。這些焊接技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好，可靠性強(qiáng)，操作簡便。在推廣綠色建筑和節(jié)能建筑的今天，有很大的使用意義和廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

[1]陶永亮.塑料焊接加工幾種方法[J].塑料制造,2011,12:75-79.

[2]龔飛.熱塑性塑料PP激光透射焊接技術(shù)研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2011.

[3]張新,張晉安.PP塑料激光焊接透射焊接焊接剪切強(qiáng)度測試方法研究[J].激光應(yīng)用技術(shù),2014,44(6):619-623.

[4]JC/T2280—2014,內(nèi)襯PVC片材混凝土和鋼筋混凝土排水管[S].蘇州:蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司,2014.

[5]牛國梁.建筑用塑料門窗主型材可焊接性及其檢驗(yàn)[J].門窗,2014(3):252.

[6]張耀君.塑料激光透射焊接工藝研究及其數(shù)值模擬[D].華南理工大學(xué),2012.

[7]呂康成,許鵬,馬超超,吉哲.基于水密型塑料組件的隧道防水層鋪設(shè)方法研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2012,49(6):38-42.

作者:王振清 席達(dá) 張慶章 丁明 單位:河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院