焊缝分析和解决方案 | 注塑成型缺陷

焊缝是模制塑料零件中常见的缺陷，不仅影响产品的美观质量，还严重影响其机械性能，尤其是纤维增强型和多相共混聚合物等材料。

本文提供了有关焊接线的全面知识。如果您对其他 注塑缺陷您可以点击下面的链接了解更多信息。

什么是注塑成型焊缝？

在塑料产品的初始设计中，不可避免地会出现孔、嵌件、凸柱和厚度变化等特征。此外，在后期的模具设计中可能会使用多浇口设计，导致模具中的塑料熔体从两个以上的方向流动。当两股熔体相遇时，就会形成一条焊接线，在成型零件的表面上显示为一条线性痕迹。

焊接线通常有两种类型：熔合线和编织线。

塑料部件焊缝的形成机理

塑料熔体在空腔中的流动模式

在讨论焊接线之前，我们先简单分析一下喷泉流动模式：塑料熔体在型腔中遵循喷泉流动原理，中心流动最快，两侧流动较慢，类似喷泉。由于喷泉流动的影响，首先进入型腔的塑料熔体在浇口附近凝固，熔体的熔心层突出于两侧的凝固层。

形成喷泉流：熔体进入型腔后，与较冷的模具壁接触后冷却凝固，形成薄薄的表层。芯层在表层的隔热作用下保持较高温度，并继续向零件下游流动。

焊缝缺陷的产生

焊缝形成的机理与塑料熔体的喷泉流动有关。当两股熔体流相遇时，它们首先在断面的中间接触。然后向两侧扩散，最后充满整个位置，形成 V 形槽。如果 V 形槽中的空气难以排出或两股汇合的熔体流温度过低，就会在 V 形槽位置形成明显的焊缝。

焊线解决方案

1.注塑成型工艺：

2.从模具设计

浇口系统：通过解决以下问题，有效优化焊缝 冷流道或热流道, 以及栅极优化：

1).冷跑道：

使用圆形或梯形流道，以尽量减少压力损失。

确保冷弹头井有足够的长度，过渡段连接顺畅。

最大化横截面积，同时保持最小长度。

2).热门选手：

使用热流道顺序阀进行顺序浇口，可有效隐藏焊缝。例如，如下图所示，作为主浇口的针阀 2 首先打开。熔体前端通过 1 号和 3 号闸门后，1 号和 3 号针阀打开，防止在闸门之间形成焊缝。对于不可避免的焊缝，顺序阀有时可以成功地将焊缝移至不可见的表面。这种技术广泛应用于家电和汽车行业，在这些行业中，零件的后壳使用两个同时打开的热流道顺序阀，从而在两个浇口之间形成焊缝。

3).盖茨

在非必要情况下，避免使用压力损失大的针尖闸门、副闸门和喇叭闸门。使用压力损失小的闸门，如侧闸门和扇形闸门，并在合理的设计条件下尽可能设计大的闸门宽度和厚度。

4).合理安排闸门数量：

对于具有多个浇口的大型工件，如果焊接线不可避免，则应增加浇口数量，以减少熔体的流动长度，从而提高熔体前沿的温度；对于小型工件，则应减少浇口数量，以尽量减少熔体流动的次数。

5).极限过程：

对于无法避免的不符合外观要求的焊缝，可尝试在填充端打开排气槽，或在不引起闪光的情况下加深和加宽排气槽。

如果增加排气槽并不能完全改善这种情况，可考虑减少模具中的铁，以打开溢流井。

6).正确布置冷却通道：

冷却水道到焊缝的合理距离一般约为冷却水道直径的 1.5 倍。如果考虑到尺寸和变形问题，可在焊缝位置放置带有独立高温水道的插入件，其他区域则连接常温水，从而有效改善焊缝。独立水道布置包括：在空间允许的情况下打开插入式水道，或在空间不足的情况下打开水井或水塔。

7).快速加热和冷却模具：

在模芯上连接两组水道，一组用于高温高压蒸汽。注塑前，短暂使用高温高压蒸汽，使模芯温度高于所用材料的 Tg。冷却和定型时，将另一组水道接入冷水，在短时间内冷却和定型模具。这种模具能有效消除焊缝，但对模具和冷却设备的要求较高。工作原理如图 9 所示。

3.产品结构

1. 尽量减少孔洞特征。
2. 最大化壁厚，减少填充阻力和壁厚不均。
3. 如果凸柱位置的焊缝出现裂纹，应考虑加粗凸柱。
4. 在焊缝位置添加加强筋，使后续熔体流将焊缝压入加强筋中。
5. 在产品设计中考虑焊缝强度，避免在需要强度的区域出现焊缝。
6. 调整插入位置以改变焊接线位置。
7. 然而，有时不均匀的壁厚会巧妙地削弱焊缝，如下图所示。
8. 在模具型腔中，当熔融材料流遇到平行于流动方向的肋条时，往往会出现焊缝，客户通常称之为流痕。下图中的例子就证明了这一点。

4.从材料

在转换项目或无法改变模具和产品结构时，客户通常会要求供应商优化材料性能，以改善焊接线。

1. 提高流动性是首选。
2. 减少粉末或添加剂在材料中的比例。
3. 对于带孔的零件，应避免使用无漆材料。
4. 对于耐热性较差的材料，可在配方中添加更多的热稳定剂，以实现高温注塑成型。

焊接线分辨率案例研究

在模塑电器上盖时，焊接线变成了黑色。使用的材料是 个人电脑 和 ABS 采用三板模具针尖浇口。由于使用了珠光效果材料，珠光颜色影响了外观，因此即使采用了最大会聚角，改善效果也很有限，成型工艺的改进空间很小。

问题分析：

从短射状态看，即使收敛角较大（有的甚至接近 180°），仍会出现明显的焊缝，而且焊缝变黑，这与前面提到的收敛角理论相矛盾。原因是所使用的材料中含有珠光颜料，这些颜料在会聚点取向并析出，从而产生变黑效果。即使收敛角更大，我们也无法改善珠光粉在焊缝处的析出状态。

解决方案

在这种情况下，通过移动浇口位置并在背面打开流道，焊缝就被移到了不可见的表面。

使用珠光效果材料时，应考虑以下几点，以减少焊接线和编织线：

1. 设计形状时尽量平滑，避免尖锐部分和突然的过渡。
2. 使用扇形闸门和针阀可有效避免焊缝过长。
3. 确保冷井足够大，尽量减少闸门数量，缩短流程。
4. 在成型过程中使用较高的模具和材料温度。
5. 分段注射时，确保不同部位的熔体流速一致。
6. 在产品结构设计中，孔是圆形的，沿流动方向排列。
7. 在孔周围设计艺术槽，并在设计过程中尽量确保焊接线出现在不可见的表面上。

总之

焊接线是注塑成型中固有的现象。由于产品的要求，通常很难消除它们。但是，只要产品设计师、模具技术人员和注塑操作人员共同努力，就一定能取得成功。