影響門窗焊接質(zhì)量的因素

專家姓名：王 耀　　類別：論文

　　【摘要】：一直以來，人們將型材的焊角強(qiáng)度作為塑料門窗檢測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)，焊角強(qiáng)度的高低直接影響著塑料門窗的整體性能。本文將從配方的組分、配比、混料工藝、擠出工藝以及制作安裝等幾個(gè)方面對(duì)影響焊角強(qiáng)度的主要因素進(jìn)行分析描述。

　　【關(guān)鍵詞】：塑料門窗、焊接強(qiáng)度、工藝、因素

　　【Highlights】: all along, people will proffies welding point intensity as plastic doors and Windows for the detection of an important indicator, welding strength of informention, PTA. de directly affects the overall performance of plastic Windows and doors.This article from the formulation of comonents and、materials, mixing and extrusion process of manufacture and installation, and so on several aspects affecting welding point strength of the main factors analyzed description.

　　【Keywords】: plastic doors and Windows、welding strength、process、factors.

　　一、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

　　塑料門窗的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)正確的方法應(yīng)該是按照GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》的中6.10項(xiàng)的檢驗(yàn)方法、JG/T140-2005《未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料窗》和JG/T180-2005《未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料門》中的檢驗(yàn)方法和要求進(jìn)行。有些門窗廠家把型材拿過來，用鉗子掰，用榔頭敲，用腳踹等方法來檢測(cè)材料的好壞，從而來判斷型材的焊角和冷沖是否合格，雖然表面上能做簡(jiǎn)單的對(duì)比，但這是不科學(xué)的。比方說你拿一塊型材用腳踹不破，只能反映出這個(gè)材料韌性比較好，但你不敢保證它的焊角是合格的；反過來，你能踹破的型材不能證明它的焊角指標(biāo)不好。也就是說，檢驗(yàn)一種好的材料，不能靠單項(xiàng)來判定，要綜合起來，讓其各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)。

　　二、配方組分及配比對(duì)其影響

　　本章節(jié)因篇幅關(guān)系不能講解太細(xì)，下面只是一些綱領(lǐng)：

　　1、生產(chǎn)門窗用塑料異型材的PVC樹脂一般選用SG-5型，同時(shí)盡量采用乙烯法懸浮工藝生產(chǎn)的。這可以保證其批次質(zhì)量也就是各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定。

　　2、穩(wěn)定劑在整個(gè)配方系統(tǒng)中對(duì)型材質(zhì)量起了關(guān)鍵性的作用，質(zhì)量批次的穩(wěn)定性和添加量的多少都會(huì)影響物料的塑化時(shí)間的長(zhǎng)短和物料熱分解溫度的高低。穩(wěn)定劑中的相應(yīng)滑劑的平衡是反映穩(wěn)定劑質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。

　　穩(wěn)定劑添加份數(shù)過高會(huì)推遲物料在料筒的塑化時(shí)間和拉高擠出溫度，那么就勢(shì)必意味著物料在出口模時(shí)塑化程度還達(dá)不到要求，這時(shí)型材的脆性很大，對(duì)焊接性能會(huì)造成很大影響。

　　穩(wěn)定劑的添加份數(shù)過低會(huì)縮短物料的塑化時(shí)間和降低擠出溫度，就意味著物料在出口模時(shí)過塑化，低分子的物質(zhì)會(huì)分解，型材發(fā)泡，整個(gè)力學(xué)性能降低。

　　3、CPE在配方體系中其主要作用是抗沖擊和提高型材表面光潔度的作用，但添加比例的多少除影響抗沖擊強(qiáng)度和尺寸變化率之外，也影響著型材的焊接強(qiáng)度，這里關(guān)系到整個(gè)配方中韌性指標(biāo)和剛性指標(biāo)的平衡問題。添加比例一般在8-15份，低于8份或高于15份都是不正常的。

　　抗沖ACR的原理與CPE在形成分子框架結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，嚴(yán)格意義上講PVC/ACR共混體系要比PVC/CPE共混體系在抗沖擊方面要優(yōu)越的多。

　　4、加工型ACR的主要作用是提高物料的塑化，表面上是與穩(wěn)定劑相互矛盾，實(shí)質(zhì)上是絕然不同的兩個(gè)概念：穩(wěn)定劑是防止物料的降解；ACR是促進(jìn)物料分子間溶體的相融性。有些現(xiàn)象：象既加大穩(wěn)定劑的量又加大ACR的用量，雖然能從表面上解決一些所謂的實(shí)際問題，但在整個(gè)配方設(shè)計(jì)中是不正確的。ACR的用量要根據(jù)你整個(gè)的工藝路線和設(shè)備的塑化能力來定。

　　在整個(gè)的型材生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的因素也就是人們經(jīng)常說的塑化。塑化程度的高低直接影響著型材的所有指標(biāo)。

　　5、碳酸鈣一般要選用活化輕質(zhì)的，其用量是影響整個(gè)型材力學(xué)性能的第二大因素。

　　試驗(yàn)證明適當(dāng)添加高品質(zhì)的納米鈣在某種程度上會(huì)提高型材的焊接性能。

　　6、潤(rùn)滑劑的選用是與穩(wěn)定劑的搭配分不開的，從某種意義上講，潤(rùn)滑劑也是穩(wěn)定劑。整個(gè)配方體系的合理與否關(guān)鍵是潤(rùn)滑平衡，是其與穩(wěn)定劑的協(xié)同效用。特別是外潤(rùn)滑劑過量時(shí)會(huì)直接影響型材的焊角強(qiáng)度。

　　7、著色劑不會(huì)對(duì)型材的力學(xué)性能造成影響。

　　那么，從整個(gè)的配方設(shè)計(jì)來看關(guān)鍵的因素是原料批次的穩(wěn)定和合理的配比。一個(gè)配方的優(yōu)劣其實(shí)就是一個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)的平衡。一旦潤(rùn)滑系統(tǒng)失衡就會(huì)直接影響到型材的力學(xué)性能。

　　三、混料工藝的影響

　　1、倒料順序以及投放料的時(shí)間會(huì)影響干混料的質(zhì)量，按順序投放的與一次性投入的，在助劑的選用和用量上是有區(qū)別的。

　　2、熱混溫度和冷混溫度的設(shè)定對(duì)物料的凝膠化過程和干混料的疏松程度是有影響的。

　　3、物料混合后的熟化過程一般需要要24小時(shí)，才能保證干混料的分子顆粒的相對(duì)穩(wěn)定。

　　以上三點(diǎn)對(duì)物料在下道工序擠出過程是否穩(wěn)定起了決定性的作用。

　　四、擠出工藝的影響

　　1、擠出工藝的設(shè)定

　　1.1溫度的設(shè)定要根據(jù)設(shè)備、配方、模具特性來進(jìn)行。原則上是在保證物料塑化的前提下，盡量采用比較低的溫度，機(jī)筒一般在160℃—180℃之間，模頭設(shè)定在180℃—200℃之間。

　　1.2擠出速度和喂料速度的配比是在整個(gè)擠出過程中保證物料充分塑化的關(guān)鍵，一般在排氣口部位觀察物料的飽和度以充滿螺桿容腔的2/3—3/4為最佳狀態(tài)，這時(shí)才能保證物料在螺筒里運(yùn)動(dòng)過程中形成壓縮、摩擦和剪切，使物料達(dá)到塑化的要求。

　　2、主機(jī)真空度的要求：主機(jī)真空度能否啟用也是與物料的塑化程度和在容腔里的飽和程度有很大關(guān)系的。一般在排氣口觀察能達(dá)到上述要求且物料呈濕雪狀或豆渣狀為最佳，這時(shí)物料中的一些低分子物質(zhì)水分、氯化氫和分子量特別低的物質(zhì)形成的水氣才能通過真空強(qiáng)制排出。如果主型材在真空度低于-0.06Mpa時(shí)，會(huì)導(dǎo)致物了中殘余的低分子物質(zhì)阻礙了分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，型材的力學(xué)性能會(huì)嚴(yán)重下降，特別是抗沖會(huì)比較差，焊角強(qiáng)度會(huì)特別低。

　　3、機(jī)頭壓力的要求：機(jī)頭壓力的顯示高低與主螺桿電機(jī)電流的的數(shù)值是相對(duì)應(yīng)的，主機(jī)電流越大，機(jī)頭壓力也越高；主機(jī)電流的大小來源于物料的塑化狀態(tài)和飽和程度，一般主機(jī)顯示電流達(dá)到額定電流的60%—80%比較合適，也就是說螺桿轉(zhuǎn)矩在60%—80%。這時(shí)才能保證型材的密實(shí)度，也就保證了型材的力學(xué)性能。

　　4、過高的冷卻速率(過低的冷卻水溫)，也會(huì)對(duì)型材的力學(xué)性能造成影響。

　　從整個(gè)的擠出環(huán)節(jié)來看，塑化是貫穿這個(gè)過程的關(guān)鍵。那么，并不是表明完全塑化的物料其型材的理化性能指標(biāo)是最佳的。實(shí)驗(yàn)證明物料在達(dá)到60%—70%的塑化狀態(tài)下各項(xiàng)指標(biāo)是最佳的(相對(duì)平衡)，實(shí)驗(yàn)還證明：如果低于這個(gè)狀態(tài)，冷沖會(huì)不合格，焊角強(qiáng)度會(huì)有所提高；如果高于這個(gè)狀態(tài)，冷沖會(huì)達(dá)標(biāo)，而焊角強(qiáng)度會(huì)有所下降。

　　也就是說，無論是配方設(shè)計(jì)還是基礎(chǔ)工藝的設(shè)定，都要根據(jù)實(shí)際情況做到統(tǒng)籌兼顧，使其每項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　五、模具和型材斷面的影響

　　1、模具的影響也是不容忽視的，高壓縮比的模具和比較長(zhǎng)的平直段在賦予型材高光潔度的同時(shí)，保證了它的密實(shí)度。

　　2、型材的斷面結(jié)構(gòu)和壁厚對(duì)型材的焊角強(qiáng)度影響很大，不同壁厚和不同規(guī)格的型材有不同的數(shù)值要求和不同的計(jì)算方法。

　　3、GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》的中6.10項(xiàng)的檢驗(yàn)方法顯示的是型材的受壓彎曲應(yīng)力，實(shí)質(zhì)上是計(jì)算公式中Fc的值。這要根據(jù)型材的e值和慣性矩進(jìn)行換算后才能得出型材的可焊性。

　　比如：以60平開框?yàn)槔?/p>

　　慣性矩：IX=168282mm，IY=297782mm

　　e值：35.43mm

　　受壓彎曲應(yīng)力：Fc=1900N

　　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：ΔFc=2458N

　　則此型材的可焊性計(jì)算所得為：45Mpa

　　這與老標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)方式是有區(qū)別的，而且顯示的數(shù)值所表達(dá)的意義都不一樣，老標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)方法檢測(cè)的只是型材角強(qiáng)度，要6000N以上才能達(dá)到要求。新標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)方法檢測(cè)的是型材的受壓彎曲應(yīng)力數(shù)值只在2000N以上。這就很容易造成有些人的混淆和誤解。

　　六、門窗焊接過程中的影響

　　1、焊接工藝參數(shù)的影響

　　塑料焊接的基本原理是熱熔融狀態(tài)下的大分子在焊接壓力的作用下相互擴(kuò)散，產(chǎn)生范德華力，從而緊密地粘接在一起。

　　不同廠家的型材在同一臺(tái)設(shè)備上焊接所需要設(shè)置的參數(shù)是不一樣的，同擠出工藝一樣，不同配方的型材、不同截面的型材將有自己獨(dú)有一套焊接工藝參數(shù)，都應(yīng)經(jīng)過焊角強(qiáng)度測(cè)試來最終確認(rèn)。一般的型材：焊接溫度在260℃—280℃之間；加熱時(shí)間在28S左右；焊接時(shí)間為30S左右。以焊口均勻外翻，微微泛黃為最佳。

　　焊接時(shí)前后壓鉗的壓力以壓住型材而不使其變形為原則。

　　2、型材切割的影響　　

　　型材切割時(shí)，如果進(jìn)刀速度太快或型材擺放位置角度不當(dāng)，會(huì)造成切割面凹凸不平或角度不正確，這樣，在焊接時(shí)，焊縫面與焊板接觸就有空隙，導(dǎo)致整個(gè)斷面受熱不均勻，塑料熔接不理想。

　　型材切割面應(yīng)光滑、平整、沒有缺口現(xiàn)象。

　　3、焊縫清理的影響

　　焊縫的清理有兩種操作方式，即手工和機(jī)械。無論是哪種形式在對(duì)焊逢處的焊接量造成損傷，都會(huì)影響型材的焊接強(qiáng)度。

　　4、塑料門窗焊接時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

　　4.1塑料型材應(yīng)在門窗組裝生產(chǎn)車間內(nèi)放置24h以后，方可切割下料，進(jìn)行焊接。下好的料段，必須在當(dāng)日焊接完畢。

　　4.2焊接操作時(shí)不能強(qiáng)制通風(fēng)，生產(chǎn)車間溫度不應(yīng)低于12℃。

　　4.3要經(jīng)常檢查焊機(jī)上的夾緊定位螺釘、加熱定位螺釘和焊接定位螺釘是否有松動(dòng)、變化，以確保定位正確；

　　焊機(jī)的鎖緊裝置應(yīng)能牢固地鎖緊，以免被焊接的型材及夾持型材的底座發(fā)生位移，影響焊接質(zhì)量。

　　4.5應(yīng)經(jīng)常檢查加熱板表面溫度與設(shè)備上儀表指示溫度的差值，并掌握焊機(jī)上每塊加熱板表面溫度變化的規(guī)律，特別要注意加熱板表面溫度隨電源電壓變化的規(guī)律，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　　4.6要嚴(yán)格控制操作工藝參數(shù)，掌握焊接程序，不允許隨意焊接。

　　4.7焊機(jī)加熱到預(yù)定溫度，恒溫0.5h后，方可進(jìn)行焊接。

　　4.8經(jīng)常清理黏附在焊布上的糊料、焊渣以免影響焊接質(zhì)量，焊布一旦損壞，應(yīng)及時(shí)更換，當(dāng)加熱板上帶有油污時(shí)，待焊板冷卻狀態(tài)時(shí)用清洗劑洗去。

　　4.9焊接后的門窗框、扇應(yīng)豎立擺放，讓剛剛焊接的角部在無負(fù)荷的狀態(tài)下存放，為防止焊件型材扭曲變形，焊接處需在完全冷卻后方可移動(dòng)。

　　4.10用鋼卷尺測(cè)量焊接件的長(zhǎng)、寬度尺寸，檢查配件的焊接精度，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)查找原因及時(shí)解決。

　　七、安裝過程的影響

　　安裝過程中的搬運(yùn)，吊裝方式和門、窗框的安裝規(guī)范都會(huì)造成門窗安裝后期的不同程度的應(yīng)力開裂。

　　八、從焊縫開裂來分析造成其狀態(tài)的原因

　　本節(jié)我們以型材在檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)焊角的開裂狀態(tài)來逆向推理造成這種現(xiàn)象的原因，哪種是正常的，哪種是不正常的；哪種是焊接時(shí)可以解決的，哪種是需要從配方上或擠出工藝上解決的。前提是型材的外觀質(zhì)量，幾何尺寸均要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　1.沿焊縫開裂(如圖1)

　　觀察開裂后焊縫表面的狀態(tài)：

　　1.1如果焊口翻出量較小，顏色沒有變化，你要看其溶接量是否合適，如果不是型材位移，可以適當(dāng)提高焊接溫度。如果從開裂痕跡看焊口光滑并能清晰看見焊布的條紋，你就要檢查配方中外潤(rùn)滑劑是否過量。

　　(圖1) (圖2)

　　`

　　(圖3)

　　1.2如果焊口翻出量正常，顏色泛黃，你要適當(dāng)降低焊接溫度。

　　1.3如果焊口翻出量正常，顏色沒有變化，翻邊有發(fā)泡現(xiàn)象，你就要查型材擠出過程中是否主機(jī)真空過低。

　　只要是沿焊縫開裂的焊角都是不正常的，這種情況下往往焊角強(qiáng)度特別低，即使這時(shí)焊角強(qiáng)度能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，也不會(huì)高出許多，都會(huì)給門窗安裝過程中造成質(zhì)量隱患。

　　2、沿焊縫邊緣鋸齒狀開裂(如圖2)

　　2.1如果焊角強(qiáng)度能達(dá)標(biāo)的話，此屬正常，也往往這個(gè)時(shí)候才能反映出型材焊角的真實(shí)數(shù)據(jù)。

　　2.2如果焊角強(qiáng)度達(dá)不到要求，這就要從配方或擠出工藝上查找原因。

　　3、垂直于型材端面開裂(如圖3)

　　3.1如果焊角強(qiáng)度能達(dá)標(biāo)的話，此屬正常，但這時(shí)型材的焊角強(qiáng)度特別大，勢(shì)必其他指標(biāo)會(huì)受影響，可以將配方或擠出工藝作一下微調(diào)。

　　3.2如果焊角強(qiáng)度達(dá)不到要求，這就要從配方或擠出工藝上查找原因。

　　結(jié)論：

　　評(píng)價(jià)型材質(zhì)量的好壞，要從其綜合方面檢測(cè)，要看其各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求，而不是僅憑一兩個(gè)指標(biāo)來判斷。而且影響型材焊角強(qiáng)度的因素很多，有時(shí)也并不是型材本身或者焊接工藝的單方面的原因。出現(xiàn)問題時(shí)我們應(yīng)該本著實(shí)事求是的科學(xué)的態(tài)度去對(duì)待分析，查出原因來共同解決，而不是武斷或不理智的去處理。但愿這篇文章會(huì)對(duì)從事相關(guān)行業(yè)的朋友有所裨益，并希望得到同行業(yè)朋友的斧正。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、李志英《硬聚氯乙烯異型材和塑料窗制造與應(yīng)用》北京中國(guó)建材出版社1997

　　2、楊安昌等《塑料門窗技術(shù)》北京化學(xué)工業(yè)出版社2003

　　3、王耀《影響型材制品質(zhì)量的幾個(gè)因素》—《門窗幕墻與設(shè)備》，2004總第65期。

　　4、王耀《型材發(fā)脆的原因及分析》—《建筑門窗幕墻與設(shè)備》，2006總第85期。

發(fā)表時(shí)間：2010-09-29

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