淺談浴缸泵塑料葉輪超聲波焊接

摘要：介紹浴缸泵葉輪材料、結(jié)構(gòu)、尺寸精度等參數(shù)與超聲波焊接加工技術(shù)的關(guān)系，利用對超聲波焊接參數(shù)的調(diào)整，以及焊接質(zhì)量的控制與評價，探討實用的浴缸泵葉輪焊接加工模式，以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，從而提高產(chǎn)品市場競爭力。

關(guān)鍵詞：浴缸泵；塑料葉輪；超聲波焊接

1 前言

隨著塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，塑料在水泵行業(yè)的應用越來越廣泛，特別在衛(wèi)浴行業(yè)用泵(下稱浴缸泵)，由于考慮安全性與經(jīng)濟性等因素，其泵體部分及葉輪均采用工程塑料。浴缸泵葉輪為閉式結(jié)構(gòu)，采用分體注塑再經(jīng)超聲波焊接成型。

塑料超聲波焊接技術(shù)是借助超聲波使塑料件接觸面的分子快速融合在一起的加熱連接方法。超聲波焊接是一種快捷，干凈，有效的加工裝配工藝，其表現(xiàn)為焊接時間短、表面無損壞、非焊接區(qū)域不發(fā)熱等優(yōu)點。

2 焊接工作原理

超聲波焊接裝置是通過一個電晶體功能設備將當前50/60Hz的電頻轉(zhuǎn)變成20KHz或40KHz的電能高頻電能，供應給轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換成用于超聲波的機械振動能，調(diào)壓裝置負責傳輸轉(zhuǎn)變后的機械能至超聲波熔接機的焊頭。焊頭是將機械振動能直接傳輸至需壓合產(chǎn)品的一種聲學裝置。振動通過焊接工作件傳給粘合面振動磨擦產(chǎn)生熱能使塑膠熔化，振動會在熔融狀態(tài)物質(zhì)到達其介面時停止，短暫保持壓力可以使熔化物在粘合面固化時產(chǎn)生個強分子鍵，整個周期通常不到一秒種，但是其焊接強度卻接近一塊連著的材料。

3 產(chǎn)品材料要求

超聲波焊接原則上可以焊接所有的熱塑性塑料，由于其焊接質(zhì)量與彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導率成正比，與其密度、比熱容、熔點成反正。葉輪是水泵的核心部件，是工作效率及整泵運行壽命的主要影響素因，設計一般采用強度高、耐磨性好的PA或PPO等工程塑料，由于這些材料熔點和再凝固點較高，固體狀態(tài)下的分子類似于彈簧形狀，吸收機械振動，這就使得超聲波能量傳遞至所需焊接面非常因難。對焊接設備應該考慮超聲波放大器的選擇、焊接頭及底座的設計。

4 結(jié)構(gòu)要求

4.1 焊接結(jié)構(gòu)

采用超聲波焊接需要設計導能線結(jié)構(gòu)，一般采用三角形，這種結(jié)構(gòu)焊件可以在很短的時間內(nèi)達到完美的焊接。浴缸泵葉輪導能線設計在葉片上，每條葉片各設計一條導能線，對于要求較高能量水平的結(jié)晶型工程塑料三角形導能線結(jié)構(gòu)的高度不能低于0.5mm，且葉輪葉片厚度H不能小于2mm。為了滿足浴缸泵的使用要求，保證葉輪焊接質(zhì)量，三角導能線與葉輪葉片壁厚關(guān)系如圖1所示：

4.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

浴缸泵抽送介質(zhì)為清水或溶液等黏度較小的不含顆粒的清潔液體，其葉輪為閉式結(jié)構(gòu)，由葉片與前、后蓋板組成。閉式葉輪的效率較高，制造難度較大，其質(zhì)量將決定整泵性能及運行壽命，而尺寸的精確度將直接影響裝配的生產(chǎn)效率，比如焊接后前后蓋板強度、形位尺寸公差等問題。

葉片與后蓋板一體式結(jié)構(gòu)葉輪，前蓋板單獨成型，再經(jīng)超聲波焊接加工，其模具結(jié)構(gòu)相對較簡單，可組合不同葉片高度鑲塊，以滿足水泵系列化開發(fā)，節(jié)省模具開發(fā)時間與費用。但經(jīng)超聲波焊接后，葉輪后蓋板連接螺母與前蓋板水口外圓同心度難以保證精度，需要通過高精度的焊接定位夾具輔助，給焊接直接增加成本；葉片與前蓋板一體式結(jié)構(gòu)葉輪，把葉輪連接螺母與前蓋板水口外圓等重要尺寸設計為一體，保證成形注塑件尺寸穩(wěn)定，但模具組合性較局限，可降低超聲波焊接對葉輪形位尺寸的影響，也簡化了焊接定位夾具。

5 工藝參數(shù)調(diào)整

影響浴缸泵葉輪超聲波焊接質(zhì)量的參數(shù)主要有很多，首先應該選擇適當?shù)暮附诱穹谶m宜的振幅范圍內(nèi)，振幅增加有利于超聲波能量的擴散，從而提高焊接接頭強度。其次是壓力與時間的平行，保持壓力不變的條件下，超聲時間過長，溢料過多，焊縫成形不美觀，超聲時間過短，焊縫熔合不均勻，有局部未熔合。反之，保持超聲波時間不變的條件下，壓力過低，熔合不完全，有局部未焊透，壓力過高，焊接工具頭在待焊葉輪接觸處會有壓痕，影響其外觀質(zhì)量。因此焊接過程中需要通過焊接效果調(diào)試，確定最佳焊接時間、壓力等參數(shù)，達到完美的焊接效果。

由于超聲波焊接的時間短、表面無明顯損傷，葉輪超聲波焊接的質(zhì)量控制和評價比較因難，較好的模式為時間與行程相結(jié)合的模式，通過適宜的參數(shù)下，通過達到超聲時間的就停止焊接的方式來控制焊接質(zhì)量，再加上適當和行程來確保安全系數(shù)，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)。而對焊接質(zhì)量的評價大多數(shù)采用視覺檢測和批量破壞試驗等，這此測試方法都是針對焊接后的試樣進行，因此取得最佳的焊接質(zhì)量需要進行多次試驗。

6 結(jié)束語

隨著超聲波焊接技術(shù)在塑料連接領(lǐng)域中越來越多的應用，它已成為塑料加工成型的重要方式之一，對浴缸泵塑料葉輪的材料要求高，結(jié)構(gòu)較復雜，焊接后尺寸精度要求高等問題的研究，將加快超聲波焊接工藝在浴缸泵塑料葉輪領(lǐng)域中的進一步發(fā)展。

參考文獻

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