技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于連接塑料件的激光透射焊接方法。

背景技術(shù)：

常用于塑料及其他復(fù)合材料的焊接方法主要有兩種方式：外加熱和內(nèi)加熱。

外加熱一般包括了熱板焊、熱氣焊、擠出焊、內(nèi)植感應(yīng)焊、內(nèi)植阻抗焊。熱板焊接不足之處在于焊接過(guò)程受環(huán)境影響較大，而且在抽離熱板之時(shí)，易與被焊接塑料粘結(jié)，且總體焊接效率低；熱氣焊則主要在于過(guò)分依賴操作人員的技術(shù)水平；擠出焊接在于可焊接材料有限，適用范圍有局限；內(nèi)植感應(yīng)焊與內(nèi)植阻抗焊則是因?yàn)閮?nèi)植物的存在，在焊接后不易取出，嵌入物的存在會(huì)影響焊接接頭質(zhì)量。

內(nèi)加熱一般包括了機(jī)械加熱和電磁加熱。機(jī)械加熱方法主要是通過(guò)表面摩擦或者分子間摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向熱的轉(zhuǎn)化，常見的焊接方法有：超聲波焊、振動(dòng)焊、旋轉(zhuǎn)焊接。超聲波焊接主要是由于聲場(chǎng)因素且焊接區(qū)域封閉等影響，使得參數(shù)不易測(cè)量；振動(dòng)焊和摩擦焊雖然接頭質(zhì)量高，但都難以避免溢料的產(chǎn)生，利用機(jī)械加熱的方法進(jìn)行的焊接，都會(huì)有振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力的殘余。電磁加熱則主要是吸收電磁輻射從而轉(zhuǎn)化為熱，常見的電磁加熱焊接方法有：紅外線焊接，激光焊接，射頻焊接以及微波焊接。紅外線焊接過(guò)程中無(wú)上限溫度，常會(huì)造成燒傷，甚至導(dǎo)致待焊件過(guò)熱而變色變質(zhì)；射頻焊接由于高頻的存在，對(duì)于操作人員以及周邊環(huán)境都會(huì)造成污染；微波焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)非均勻加熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，同時(shí)，焊接區(qū)域有限。

此時(shí)，激光焊接相較于其他種類的焊接方法而作為一種無(wú)接觸、節(jié)能環(huán)保綠色的焊接方法，而且焊速高、熱影響區(qū)小，無(wú)殘?jiān)㈡I合強(qiáng)度高、焊縫變形小，已被逐步應(yīng)用于汽車工業(yè)、生物醫(yī)療裝備制造以及MEMS中微型機(jī)械的制造等行業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。

激光透射焊接方法是讓激光（波長(zhǎng)一般為800~1050nm）透過(guò)透明試件，在上層試件與下層試件（添加一定量的吸光劑）的結(jié)合面激光被下層試件吸收并產(chǎn)生熱量，在熱集中區(qū)域，塑料被融化，通過(guò)熱量在兩種試件之間的傳遞，使塑料融化，熱熔融狀態(tài)下的塑料大分子在鍵合壓力和熱膨脹的作用下相互擴(kuò)散和纏結(jié)，產(chǎn)生范德華力并形成強(qiáng)的鍵合。傳統(tǒng)的透射焊接主要通過(guò)三種方式對(duì)激光進(jìn)行吸收，第一種是在下層吸光塑件中添加一定量的炭黑；第二種是，在中間層涂抹一些吸光劑，如Clearweld等；第三種是在下層塑件表面鍍金屬膜，通過(guò)金屬膜進(jìn)行熱量的吸收、傳遞。

但是，傳統(tǒng)意義上的激光透射焊接存在以下缺陷：

1.被焊接材料的局限性，在大部分情況下須保證透光件與吸光件的同時(shí)存在，這樣才能在中間層熔融、締結(jié)，添加劑雖然一定程度上可以解決此類問(wèn)題，但是，價(jià)格相對(duì)較高，且實(shí)際操作繁瑣，不適于大批量、自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程。

2.透射焊接的適用范圍受到限制，在醫(yī)療器械等對(duì)焊接有特殊要求的行業(yè)之中，諸如對(duì)外觀有高要求等，往往不能滿足要求。

3.在焊接過(guò)程中，主要依靠熔融部分與未熔化部分之間的熱傳遞，傳熱效率有限。

4.焊縫形貌難以進(jìn)行控制，可能由于激光器出光不穩(wěn)定，造成焊接局部的凹凸不平，冷卻后殘余應(yīng)力對(duì)焊接質(zhì)量有顯著的影響。

5.在焊接過(guò)程中，由于焊接參數(shù)設(shè)置的不合理，導(dǎo)致瞬時(shí)功率過(guò)高，灼燒塑件，對(duì)環(huán)境造成污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)透明塑件與透明塑件的激光透射焊接的方法，以擴(kuò)大透射焊接的適用范圍，同時(shí)提升塑件的激光透射焊接質(zhì)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于連接塑料件的激光透射焊接方法，用于第一塑件與第二塑件之間的激光焊接，其中，所述第一塑件為透明塑件，所述焊接方法包括如下步驟：

S1、在所述第二塑件的待焊接位置處開設(shè)溝槽；

S2、在所述溝槽中填充低熔點(diǎn)且具有強(qiáng)導(dǎo)熱性的金屬粉末；

S3、將所述第一塑件與第二塑件進(jìn)行搭接，并通過(guò)夾緊裝置將所述第一塑件與第二塑件進(jìn)行夾緊；

S4、激光器啟動(dòng)并產(chǎn)生激光光束，該激光光束穿過(guò)所述第一塑件并對(duì)準(zhǔn)所述溝槽中的金屬粉末而實(shí)現(xiàn)激光焊接。

優(yōu)選地，所述金屬粉末為鋅合金粉末。

進(jìn)一步地，所述鋅合金粉末為鋅錫合金粉末、鋅鋁合金粉末、鋅銅合金粉末、鋅鎂合金粉末中的一種。

優(yōu)選地，所述溝槽在所述第二塑件的所述待焊接位置處沿設(shè)定的焊接軌跡延伸。

進(jìn)一步地，所述焊接軌跡為直線。

優(yōu)選地，所述溝槽沿所述第二塑件的寬度方向延伸，且所述溝槽沿所述第二塑件的寬度方向貫穿。

優(yōu)選地，所述溝槽沿所述第二塑件的寬度方向延伸，所述溝槽具有朝上的開口，當(dāng)所述第一塑件與第二塑件相配合搭接時(shí)，所述第一塑件與所述溝槽的槽腔之間形成封閉腔室，所述第一塑件或第二塑件上還開設(shè)有多個(gè)與所述封閉腔室相連通的排氣槽。

優(yōu)選地，所述溝槽的深度為1mm～2mm。

作為一種具體的實(shí)施方式，所述第二塑件也為透明塑件。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的用于連接塑料件的激光透射焊接方法，其中通過(guò)采用如鋅合金粉末或類似具有低熔點(diǎn)、強(qiáng)導(dǎo)熱性的金屬粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，其傳熱效率得到了極大的提升，能夠?qū)崿F(xiàn)透明的同種塑件之間的透射焊接，此外，當(dāng)激光器出光不穩(wěn)定的情況下，金屬粉末起到了一個(gè)很好的過(guò)渡作用，避免了瞬時(shí)功率過(guò)高而影響焊接質(zhì)量。該焊接方法設(shè)計(jì)、操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)施，增大了透射焊接的使用范圍，也在一定程度上提升了激光透射的焊接質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的激光透射焊接方法的工作原理圖；

附圖2為附圖1的主視圖；

附圖3為附圖1的俯視圖；

其中：1、第一塑件；2、第二塑件；21、溝槽；3、金屬粉末；4、第一墊板；5、第二墊板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

參見圖1至圖3所示的焊接工作原理圖，待焊接連接的第一塑件1與第二塑件2均為透明塑件，其中第一塑件1位于上方，第二塑件2位于下方，激光器設(shè)置在第一塑件1的上方，激光器產(chǎn)生的激光光束自第一塑件1的上方穿過(guò)第一塑件1而投射至第二塑件2上。該激光透射焊接按照如下步驟依次進(jìn)行：

首先，在第二塑件2的待焊接位置處開設(shè)溝槽21，該溝槽21的形狀可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況而定，其深度最好為1mm～2mm。該溝槽21在第二塑件2的待焊接位置處沿著設(shè)定的焊接軌跡延伸。本實(shí)施例中采用常用的焊接方式——輪廓焊接，即焊接軌跡為一條直線，該溝槽21設(shè)置成沿第二塑件2的寬度方向呈直線延伸。

然后，在上述的溝槽21中填充金屬粉末3，該金屬粉末3應(yīng)為低熔點(diǎn)且具有強(qiáng)導(dǎo)熱性的金屬粉末，優(yōu)選為鋅合金粉末，具體可采用鋅錫合金粉末、鋅鋁合金粉末、鋅銅合金粉末、鋅鎂合金粉末中的一種。該金屬粉末3應(yīng)均勻填充在溝槽21中。

接著，將第一塑件1與第二塑件2進(jìn)行搭接，并通過(guò)夾緊裝置將第一塑件1與第二塑件2進(jìn)行夾緊。具體地，第一塑件1上連接有第一墊板4，第二塑件2上連接有第二墊板5，夾緊裝置通過(guò)對(duì)第一墊板4與第二墊板5施加壓緊力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一塑件1與第二塑件2的夾緊。

最后，啟動(dòng)激光器，激光器產(chǎn)生的激光光束穿過(guò)第一塑件1并對(duì)準(zhǔn)溝槽21中的金屬粉末3，通過(guò)金屬粉末3將激光能量轉(zhuǎn)化為熱而傳遞至第一塑件1與第二塑件2，使得第一塑件1與第二塑件2相連接，從而實(shí)現(xiàn)激光焊接。

在上述焊接加工中，若第二塑件2上的溝槽21開設(shè)的為開放式的，即若溝槽21沿第二塑件2的寬度方向相貫穿，當(dāng)?shù)谝凰芗?與第二塑件2相配合搭接時(shí)，溝槽21內(nèi)部的金屬粉末3仍可通過(guò)溝槽21兩側(cè)的開口與外部連通，從而能夠在激光加工時(shí)實(shí)現(xiàn)排氣。而若第二塑件2上的溝槽21開設(shè)的為封閉式的，即該溝槽21僅具有朝上的開口，當(dāng)?shù)谝凰芗?與第二塑件2相配合搭接時(shí)，第一塑件1蓋在溝槽21的上述開口上而使得第一塑件1與溝槽21的槽腔之間形成封閉腔室，則此時(shí)需要在第一塑件1或第二塑件2上開設(shè)多個(gè)與上述封閉腔室相連通的排氣槽（圖中未示出）。

當(dāng)然，當(dāng)?shù)诙芗?為非透明塑件時(shí)，也可按照上述焊接方法來(lái)實(shí)現(xiàn)第一塑件1與第二塑件2的焊接。

綜上，本發(fā)明的激光透射焊接方法，其中通過(guò)采用如鋅合金粉末或類似具有低熔點(diǎn)、強(qiáng)導(dǎo)熱性的金屬粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，其傳熱效率得到了極大的提升，能夠?qū)崿F(xiàn)透明的同種塑件之間的透射焊接，此外，當(dāng)激光器出光不穩(wěn)定的情況下，金屬粉末起到了一個(gè)很好的過(guò)渡作用，避免了瞬時(shí)功率過(guò)高而影響焊接質(zhì)量。該焊接方法設(shè)計(jì)、操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)施，增大了透射焊接的使用范圍，也在一定程度上提升了激光透射的焊接質(zhì)量。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。