加工条件对型材焊角强度的影响

加工条件对型材焊角强度的影响型材的焊角强度是关系门窗使用性能的重要方面，GB/T8814-200X的报批稿中，将型材的焊角强度作为指标要求纳入标准，要求焊角的应力不小于35Mpa。关于影响型材焊角强度的因素的研究多有报导，已知型材的生产加工条件(主要是型材塑化度)和焊接加工条件(焊接温度、加热时间、焊接时间和进给压力)都对型材焊角强度有很大影响，但这些研究多为将型材生产条件与焊接条件分开研究，而在实际生产中，这两个因素对型材焊角强度的影响是不分开的。那么，型材塑化度和焊接条件哪个是影响型材焊角强度的主要因素？应如何控制这两种条件以获得较大的焊角强度？本文拟通过将这两种因素同时安排进一组正交试验，摸索二者对焊角强度的影响规律，寻找一种提高型材焊角强度的方法。试验部分原材料PVCSG型潍坊亚星化学CPE135A潍坊亚星化学稀土稳定剂汕头高科达其它市售试验配方(单位：份)PVC、100，CPE、8.5，稀土稳定剂、3.1，ACR－201、1.6，CaCO3、5，TiO2、5。表1型材挤出设定加工条件及型材部分性能加工条件试验号机身加工温度℃型材性能★一区二区三区螺杆过渡区熔体温度℃塑化度%加热后状态1＃1761731709917217737有气泡2＃18017717410217518342有气泡3＃18418117810517818760有气泡4＃18818518210818119470无气泡5＃19218918611118419875无气泡6＃19619419011318619880无气泡★注：熔体温度及型材塑化度均为用DSC法测得，取其平均值。型材试样制备及检测按1.2配方配料，热混至125℃，再冷混至45℃，放料。混好的物料放置一天后，在Φ35/75锥形双螺杆挤出机上挤出75纱扇型材。型材在室温下放置一天后，用单点焊机进行焊接试验。焊接试样在室温下放置20小时后，测焊角强度。型材塑化度用DSC法测量。试验条件1、型材挤出条件2、型材焊接条件将表1中型材塑化度及四个焊接参数(焊接温度、加热时间、焊接时间、进给压力)作考察因素排入L18(16×36)正交表中，表中右边两列不安排考察因素，各试验条件见表2：表2型材焊接试验条件及结果试验号型材塑化度%焊接温度℃加热时间S焊接时间S进给压力MPa焊角强度N1①37①250③35②31②0.2012062①37②257①25①25①0.1510923①37③265②30③37③0.2513574②42①250②30①25②0.2011855②42②257③35③37①0.1514566②42③265①25②31③0.2513367③60①250①25③37①0.1511758③60②257②30②31③0.2516319③60③265③35①25②0.20182710④70①250①25①25③0.25117711④70②257②30③37②0.20162712④70③265③35②31①0.15192713⑤75①250③35③37③0.25175414⑤75②257①25②31②0.20157515⑤75③265②30①25①0.15155616⑥80①250②30②31①0.15138217⑥80②257③35①25③0.25136318⑥80③265①25③37②0.201694各位级之和Ⅰ3655787980498200858818个试样焊角强度总和：26320NⅡ39778744873890579114Ⅲ46339697953390638618Ⅳ4731Ⅴ4885Ⅵ4439极差R=最大值—最小值123018181484863526结果与分析焊角强度结果及数据处理焊角强度结果如表2所示。计算各因素各位级焊角强度之和、各因素极差，结果见表2。数据分析1、直接看12＃试验的焊角强度最高(1927N)，为最好条件：型材塑化度70％；焊接温度265℃；加热时间35Ｓ；焊接时间31Ｓ；进给压力0.15Mpa。９＃和13＃则分别为第二、三好条件。2、算一算由各因素的最好位级组成的条件为可能好配合条件：型材塑化度75％；焊接温度＞265℃；加热时间35Ｓ；焊接时间37Ｓ；进给压力0.20Mpa。但考虑到型材塑化度在70％左右时型材的综合性能最好，最有实际研究价值，如塑化度太低(60％)型材塑化不好，加热后状态有气泡，塑化度过高(80％)则物理机械性能下降，型材发脆，所以，下一步的试验应以塑化度为70％的型材样品为主；实际生产中焊接时间37Ｓ稍嫌长，且31Ｓ的焊接时间与37Ｓ的焊接时间对焊角强度的影响相当，所以下一步可取焊接时间为31Ｓ。3、趋势图：展望试验条件及结果从各因素位级和及各因素极差来看，对型材焊角强度影响程度大小依次为：焊接温度＞加热时间＞型材塑化度＞焊接时间＞进给压力其中本试验条件范围内，型材塑化度、进给压力两考查因素有最佳位级出现，型材塑化度以75％左右、进给压力以0.20Mpa为最佳；焊接温度和加热时间的位级有可能取偏，可再取更高的焊接温度试验，考虑到实际生产中的生产效率加热时间取35Ｓ较为合理，不再做延长时间试验；焊接时间的位级虽也取偏，但第二、三位级的结果非常接近，第二个位级(31S)无论从实际生产还是实验结果看都可认为是最合理位级。结合实际工作及实验结果，为考查焊接温度继续升高是否对焊角强度有利，将固定加热时间定为35Ｓ、焊接时间定为31Ｓ、进给压力定为0.20Mpa，调整焊接温度为275℃，各型材样品的焊角强度结果见表3。由表3可见：其中22号试验在6个样品中焊角强度仍为最高，但稍低于12＃焊接条件的值(1927Ｎ)。①在展望试验条件下，不同塑化度的型材的焊角强度差距幅度减小，整体焊角强度水平提高，型材塑化度对焊角强度的影响减小，即展望试验条件对型材的塑化度情况适应性强，可适用于较宽的塑化度范围；②塑化度为70％的型材的焊角强度仍为最高，可见其可焊性较好；③第22号试验虽在此条件下为最好的试样，但低于其在265℃时(第12、９号试验)的焊角强度，说明275℃的焊接温度偏高，焊接温度在265℃上下比较合适。试验结果分析1、由以上试验得知：塑化度约为70％、熔体温度约在190～197℃范围内的型材焊接性能较好，能在较宽的焊接条件范围内保持有较高的焊角强度。这可能是因为PVC塑化度在约70％时，PVC的初级粒子基本被破坏，制品的抗冲击性能和拉伸性能等达到最佳平衡，综合性最好，可以保证型材有较高的焊角强度。试验中还发现，塑化度为60％的型材加热后状态不合格，而塑化度为80％的型材在锯切时易崩裂。因此，型材生产应严格控制加工条件，将PVC的塑化度控制在70％左右，则既有利于保证型材的物理机械性能，又有利于其焊接性能。2、由表2、表3结果可知：适当提高温度或／和延长加热时间有利于型材焊角强度的提高。这可能是由于提高温度和延长加热时间都有利于接触焊板型材的充分熔融，提高PVC分子的活性，可使更多的PVC分子发生相互缠绕，有利于两块型材的粘合，使焊角结合更牢固，从而焊角强度更高。3、由趋势图可明显看出：焊接时间在大于31Ｓ后对焊角强度的提高不明显。由于两块型材在抽掉焊板后在一定压力下对接，熔融的型材开始冷却，当接缝处熔融的型材从200℃以上冷却到PVC的玻璃化温度(约80℃)时，PVC转变成坚硬的玻璃态，压力已对型材的粘合基本不起作用。所以，延长焊接时间也不会提高焊角强度。４、进给压力有一最佳取值。进给压力是两块型材对接时要保持的必要压紧力，太小不利于焊缝接合处熔融PVC分子的接触和扩散，太大易把大部分熔融的PVC挤出焊缝。留下熔体温度较低、未充分熔融、流动性差的PVC，不利于PVC分子的扩散。只有合适大小的压力才能保证接缝处两块型材PVC分子良好的接触和相互扩散，提高焊接质量。结论·型材塑化度控制在60～80％范围内时，型材具有较好的可焊性，其中以70％左右为最佳。·在保证不煳料的情况下，焊接温度较高(265℃)、加热时间较长(35S)有利于焊角强度的提高和稳定。·焊接时间有一最合理取值(本实验中为31S)，大于此值对焊角强度提高帮助不大。·进给压力有一最佳值，太大或太小对焊角强度都不利。·焊接条件对焊角强度的影响超过型材塑化度对焊角强度的影响。对型材焊角强度影响程度大小依次为：焊接温度＞加热时间＞型材塑化度＞焊接时间＞进给压力总之，控制好型材的焊接条件是提高型材焊角强度，稳定型材焊接质量的有效方法之一。