第五节　挤出焊

挤出焊接的出现大大缩短了焊接厚壁板材所需要的时间。表3.20比较了采用挤出焊接和快速热风焊接工艺，在焊接25mm厚度的高密度聚乙烯（HDPE）材料时，长为1 m，单V形焊缝各自需要的时间。从表中可以看出，挤出焊只有快速热风的1/6。因此，在某些应用领域，挤出焊成为一种非常经济的焊接方法。使用挤出焊进行大型酸洗槽的焊接见图3.15。

一、工艺原理

挤出焊也是通过热风进行焊接，它和热风焊的不同之处主要是焊条通过挤出机或类似挤出机的装置加热挤出，先形成均匀塑化或熔融的熔体条，不经过冷却就直接压在待焊部位进行焊接。在熔体条被压入到母材上面之前，母材的待焊部位必须事先进行预热至其熔融温度以成为熔融态，然后在焊条熔体上施加压力进行焊接，冷却后即可形成坚固的焊缝。

挤出焊接过程中，焊条和待焊母材/制件采用不同的加热方式。焊条可以在挤出机或类似挤出机装置的型腔中和通向焊接靴的熔体导管中进行传导加热。除此之外，在挤出机或类似挤出机装置的型腔中，焊条在螺杆的剪切作用下还可以受到剪切摩擦热。待焊母材/制件一般通过挤出焊枪出风口的热风进行对流加热。提高热风的流量和热风温度可以提高待焊母材/制件的表面温度，同时得到比较厚的熔体层。

挤出焊接过程中，需要操作者人工施工压力，并且在整个焊缝的焊接过程中，都需要施加同等大小的压力。焊接压力的施加确保熔融的焊条和待焊母材/制件熔融表面紧密接触，促进大分子链间扩散和相互缠绕。除了大分子链间的扩散之外，热塑性聚合物在冷却时微观结构也会发生变化。对于无定形聚合物，焊接区域冷却时发生分子链的取向。对于半结晶热塑性聚合物来说，结晶程度和晶粒大小的形成与冷却速度有关。当冷却温度超出规定的温度范围，则形成的晶体结构有可能在承受应力时会发生破坏；不合适的温度和过快的冷却速度会导致结晶度降低和产生较小的晶粒，这种结构在化学物质、溶剂或应力作用下也非常容易发生破坏。

二、工艺过程

挤出焊接的工艺过程分为以下几个步骤：

焊接件的准备。在使用挤出焊枪焊接之前，先要使用电动人工刨机、铣刀或其他切削工具加工出一定角度的凹槽。具体角度根据材料的厚度和接头设计确定。

凹槽加工完成之后，用刮刀对待焊区域进行清理，以除去表面的氧化层和残留的其他杂质。

为焊缝根部预留足够的空间，以保证熔融的焊条焊透整个表面。

将待焊的板材用夹具进行固定，或者通过点焊的方式进行固定。

将挤出焊枪接通电源，并开启主开关进行加热。

加热适当的时间之后，如果挤出焊枪本身无温度数显功能，则使用温度测试仪进行测温。将探针伸进热风口内5mm处的中央位置测量热风温度。如果挤出焊枪本身具有温度数显功能，则需要实际温度和设定温度最终一致。只有温度达到焊接所要求的温度，才进行以后的焊接步骤。

热风温度达到要求后，开启驱动开关，则熔融后的焊条开始从焊接靴中流出。如果挤出焊枪本身无温度数显功能，则使用温度测试仪进行测温。将探针伸进焊接靴熔体出口处，测量挤出熔体的温度。如果挤出焊枪本身具有温度数显功能，则需要实际的熔体温度和设定的熔体温度最终一致。只有熔体温度达到焊接所要求的温度，才进行以后的焊接步骤。

熔体温度达到要求后，用热风出口对准母材的待焊区域进行加热，调节焊接速度，确保母材待焊区域的熔融层厚度达到0.5mm。可使用金属丝、细针或小螺丝刀进行检测。

保持合适的焊接速度和焊接压力，完成整个焊缝。

三、控制要素

挤出焊工艺的速度比热风焊要提高很多，但它依然是对操作者的技能高度依赖。在整个焊接过程中，操作人员对于以下几个要素必须给予特别注意：

（1）清理材料表面的杂质时，用刮刀或溶剂去除；用溶剂去除杂质时，必须等溶剂完全挥发之后才能进行焊接；开坡口或槽口时，其角度和母材厚度的关系要符合相关标准的规定。去除杂质或开坡口/槽口完毕后，要避免发生二次污染。

（2）焊条的直径和直径偏差范围必须满足挤出焊枪的要求。

（3）对于无温度显示功能的焊接工具，每次焊接之前，都需要测量其热风温度是否在标准规定的范围之内；同时必须考虑环境因素对于温度的影响；对于有温度数字显示功能的焊接工具，则需要定期对其温度检验和校定。

（4）所选择的焊接靴必须和待焊母材的厚度、焊缝的设计形状相一致。

（5）如果挤出焊枪不具有温度数字显示功能，则每次焊接之前必须对出风口温度和焊条熔体问题进行测试。

（6）每次焊接开始时，必须将挤出焊枪中的剩余料完全挤出。

（7）焊接开始之前，必须检测母材熔融层的厚度。

（8）焊接速度要保持均匀，速度大小要能确保在母材待焊区域形成所要求厚度的熔融层。

（9）操作工人初次焊接或使用新材料时，必须先进行试焊以确定准确的工艺参数。

四、相关参数

挤出焊相关参数见表3.21。

④HDPE 是指PE 63、PE 80、PE 100。