阅读说明：本技术 一种热塑性塑料的激光透射焊接方法 (Laser transmission welding method for thermoplastic plastics ) 是由 林资凯 其他发明人请求不公开姓名 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于激光焊接技术领域,公开了一种热塑性塑料的激光透射焊接方法,包括以下步骤：将上塑料工件、下塑料工件叠压固定到加工位上,所述上塑料工件和所述下塑料工件的接触面形成焊接面；开启激光发射器,调节激光束的参数使得加热区域的温度低于上塑料工件熔融温度,高于下塑料工件的熔融温度；同时,使得激光束依次透过所述加工位上方的V面圆柱、所述上塑料工件,同时所述激光束沿着焊接面来回移动,在所述焊接面上形成加热区域,在压力和激光作用下,所述上塑料工件和所述下塑料工件粘合；该热塑性塑料的激光透射焊接方法可实现精确焊接路径和焊接强度控制,增加焊接件的整体强度和刚度,可防止发生灼烧缺陷。(The invention belongs to the technical field of laser welding, and discloses a laser transmission welding method of thermoplastic plastics, which comprises the following steps: laminating and fixing an upper plastic workpiece and a lower plastic workpiece on a processing station, wherein a welding surface is formed on the contact surface of the upper plastic workpiece and the lower plastic workpiece; starting a laser emitter, and adjusting the parameters of a laser beam to ensure that the temperature of a heating area is lower than the melting temperature of an upper plastic workpiece and higher than the melting temperature of a lower plastic workpiece; meanwhile, enabling a laser beam to sequentially penetrate through the V-surface cylinder above the processing position and the upper plastic workpiece, enabling the laser beam to move back and forth along a welding surface, forming a heating area on the welding surface, and bonding the upper plastic workpiece and the lower plastic workpiece under the action of pressure and laser; the laser transmission welding method of the thermoplastic plastics can realize accurate welding path and welding strength control, increase the overall strength and rigidity of a welding part and prevent burning defects.)

一种热塑性塑料的激光透射焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种热塑性塑料的激光透射焊接方法。

背景技术

塑料及其复合材料的连接方法通常有三种：机械连接、黏合剂黏结和焊接。 (1)机械连接包括使用如金属或塑料螺钉的单独紧固件，进行铆合或压合接头连接。(2)黏合剂黏结是将黏合剂涂于将要连接的部件之间，起到连接各部件的作用。(3)焊接是通过加热将界面处的聚合物熔融或软化，在一定的压力和时间作用下，从而使聚合物分子链通过界面进行扩散形成链缠结，最终获得焊接点强度。焊接方法又根据所采用的加热方式分为两大类：外加热和内加热。外加热法通过对流或传导来加热焊接表面，包括热工具焊、热气焊、挤出焊、内植感应焊和内植阻抗焊。内加热法是通过技术直接在材料内部产生热源，从而取代外部加热。它分为两类：机械加热和电磁加热。机械内加热法是通过表面摩擦或分子间摩擦将机械能转化为热，包括超声波，振动和旋转焊接。电磁内加热法依赖于吸收电磁辐射从而转化为热，包括红外线，激光，射频和微波焊接。

传统的热塑性塑料的连接方法有许多弊病，采用螺钉、卡环等机械连接强度不易达到要求且不能对连接表面质量有所要求；黏结剂黏结方法，需经过表面打毛、涂胶、粘接、固化、电烙铁烫平、修整等工序，全部采用手工操作，劳动强度大，工序多，生产效率低，质量难以保证，而且黏结剂的挥发成分污染环境，影响操作人员的身体健康；采用外部加热焊接，塑料件容易和加热源粘结在一起，且会造成空气污染；内植焊接的植入物要留在焊接面上，会影响焊接接头强度；机械内加热法会使最终产品有振动应力和热应力的残余，加速制品的老化。

激光透射焊接是近几年发展起来的一种新型塑料焊接工艺，其原理是红外激光束(波长一般在800-1060nm)通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统，将激光器所产生的能量聚焦在待焊接区域。两个待焊接件必须有一个对激光束是透明的，即激光光束穿透它却没有能量的损失，另外一个是不透明的，即吸收激光辐射的能量；为了增加材料吸收辐射能的能力，两个待焊接件的接触面上设置有吸收激光的添加剂涂层。辐射穿透两个待焊接部件中的透明的焊接件，另外不透明的那个部件在接触面上吸收激光辐射形成热作用区，在热影响区中的塑料被融化；在随后的凝固过程中，已融化的材料形成接头，待焊接的部件即被连接起来。但是，目前的激光透射焊接技术仅能起到连接的作用，不能使焊接后的热塑性塑料材料性能如导电性、导热性等发生改变；由于塑料的低熔点、易灼烧特点，激光焊接工艺参数范围很难优化；并且焊接后的两个工件基本都不可再分离。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种热塑性塑料的激光透射焊接方法；该热塑性塑料的激光透射焊接方法可实现精确焊接路径和焊接强度控制，增加焊接件的整体强度和刚度，可防止发生灼烧缺陷。

为达到上述目的，本发明所述技术方案如下：

一种热塑性塑料的激光透射焊接方法，包括以下步骤：

将上塑料工件、下塑料工件叠压固定到加工位上，所述上塑料工件和所述下塑料工件的接触面形成焊接面；

开启激光发射器，调节激光束的参数使得加热区域的温度低于上塑料工件熔融温度，高于下塑料工件的熔融温度；同时，

使得激光束依次透过所述加工位上方的V面圆柱、所述上塑料工件，同时所述激光束沿着焊接面来回移动，在所述焊接面上形成加热区域，在压力和激光作用下，所述上塑料工件和所述下塑料工件粘合。

具体地，所述上塑料工件为光束透射的材料制备而成。

具体地，所述V面圆柱的熔点大于所述上塑料工件的熔点。

具体地，所述使得激光束依次透过所述加工位上方的V面圆柱、所述上塑料工件，在所述焊接面上形成加热区域，在压力和激光作用下，所述上塑料工件和所述下塑料工件粘合，压力为40±3MPa。

具体地，所述将上塑料工件、下塑料工件两塑料工件叠压固定到加工位上，所述上塑料工件和所述下塑料工件的接触面形成焊接面之前还包括

将所述上塑料工件和所述下塑料工件的相对应的叠压面分别进行热风清洁。

具体地，所述热风温度为120℃±5℃。

本发明的有益特点是：

1、本发明采用V面圆柱将点状的激光束改为线状的激光束，实现了对焊接面的面扫描，一方面提高了焊接速率，另一面实现了焊接面的热量的均匀化，进而提高焊接质量，避免局部焊接痕过大或者焊接不均匀的。

2、本发明所述的焊接方法中只有激光扫描过的地方才会被焊接，从而可使焊接路径可选，焊接位置更精确，较容易实现精细焊接；通孔的位置、大小、形状可以任意设置，满足不同位置不同的焊接接头强度需要。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

塑料激光焊接技术是一种非接触焊接技术，同其他焊接技术相比，它具有非接触、不透气、不漏水、焊接速度快、精度高、焊缝强度高、无飞边、无残渣、热应力最小、易于控制、灵活性好、适应性好等诸多优点；焊接时，高能激光透过透光的能量传递塑料工件被聚焦于吸收光能的塑料工件上，在光能聚焦处形成热形成区，热形成区吸收激光转化的热能，将两个塑料工件的接触表面熔化，最终形成焊接区，同时在外部压力的作用下，两个工件结合在一起。

实施例1

一种热塑性塑料的激光透射焊接方法，包括以下步骤：

将上塑料工件、下塑料工件叠压固定到加工位上，所述上塑料工件和所述下塑料工件的接触面形成焊接面；

开启激光发射器，调节激光束的参数使得加热区域的温度低于上塑料工件熔融温度，高于下塑料工件的熔融温度；同时，

使得激光束依次透过所述加工位上方的V面圆柱、所述上塑料工件，同时所述激光束沿着焊接面来回移动，在所述焊接面上形成加热区域，在压力和激光作用下，所述上塑料工件和所述下塑料工件粘合，具体的，所述上塑料工件和下塑料工件之间的压力为40Mpa。

本实施例中采用V面圆柱对激光的光型进行了调整，当激光从激光发射器射出，从V面圆柱的V面射入透过V面圆柱射出，之后透射上塑料工件，在上塑料工件和下塑料工件的接触面上形成热形成区，下塑料工件吸收激光光能，将光能转化为热能，在热能的作用下，下塑料工件的接触面熔化，在压力作用下，上塑料工件和下塑料工件结合为一体结构，实现了上下塑料工件的焊接，在整个生产过程中，相较于传统的激光焊接，本实施例中的激光通过V面圆柱进行了激光光型的调整，使得激光的光束宽度与上、下塑料工件的厚度相等，即将现有的线扫面焊接改为本技术方案中的面扫面焊接，从而实现了较宽的焊接面的热量吸收，缩短了激光来回移动时间，进而提高了焊接速率，同时也因为调整激光光束与焊接面等同宽度，可以有效防止焊接面局部温度过高而导致焊接不平衡或者塑料工件局部温度过高而导致熔融严重而形成较大的焊接痕的问题。

具体地，本实施例中所述上塑料工件为光束透射的材料制备而成，即上塑料工件为透光的塑料工件，激光束可以透过上塑料工件照射到焊接面上。

具体地，本实施例中所述V面圆柱的熔点大于所述上塑料工件的熔点，且该V面圆柱为激光可以透射的材料制备而成，V面圆柱的V形面的夹角为30 度。

实施例2

一种热塑性塑料的激光透射焊接方法，包括以下步骤：

将上塑料工件和下塑料工件的相对应的叠压面分别进行热风清洁，具体地，所述热风温度为120℃±5℃。

将所述上塑料工件、所述下塑料工件叠压固定到加工位上，所述上塑料工件和所述下塑料工件的接触面形成焊接面；

开启激光发射器，调节激光束的参数使得加热区域的温度低于上塑料工件熔融温度，高于下塑料工件的熔融温度；同时，

使得激光束依次透过所述加工位上方的V面圆柱、所述上塑料工件，同时所述激光束沿着焊接面来回移动，在所述焊接面上形成加热区域，在压力和激光作用下，所述上塑料工件和所述下塑料工件粘合，具体的，所述上塑料工件和下塑料工件之间的压力为40Mpa。

本实施例中采用V面圆柱对激光的光型进行了调整，当激光从激光发射器射出，从V面圆柱的V面射入透过V面圆柱射出，之后透射上塑料工件，在上塑料工件和下塑料工件的接触面上形成热形成区，下塑料工件吸收激光光能，将光能转化为热能，在热能的作用下，下塑料工件的接触面熔化，在压力作用下，上塑料工件和下塑料工件结合为一体结构，实现了上下塑料工件的焊接，在整个生产过程中，相较于传统的激光焊接，本实施例中的激光通过V面圆柱进行了激光光型的调整，使得激光的光束宽度与上、下塑料工件的厚度相等，即将现有的线扫面焊接改为本技术方案中的面扫面焊接，从而实现了较宽的焊接面的热量吸收，缩短了激光来回移动时间，进而提高了焊接速率，同时也因为调整激光光束与焊接面等同宽度，可以有效防止焊接面局部温度过高而导致焊接不平衡或者塑料工件局部温度过高而导致熔融严重而形成较大的焊接痕的问题；此外，本实施例中，在焊接前对待焊接的上下塑料工件的焊接面采用热风进行预热处理，一方面可以清洁焊接面，另一方面可以提高焊接面的温度，有利于提高在激光焊接时热导速率，进而提高焊接速率，节省时间。

具体地，本实施例中所述上塑料工件为光束透射的材料制备而成，即上塑料工件为透光的塑料工件，激光束可以透过上塑料工件照射到焊接面上。

具体地，本实施例中所述V面圆柱的熔点大于所述上塑料工件的熔点，且该V面圆柱为激光可以透射的材料制备而成，V面圆柱的V形面的夹角为30 度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。