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激光塑料焊接技术及其典型应用

’。‘跃。
庞振华，杨绍奎，宋杰，马新

．山业院山528436
(1．广州市光机电技术研究院，广东广州510663；2中火炬职技术学，广东中)

几。
接技术及其原理进行了介绍．阐述了该项技术应用中需要考虑的问题，并简要介绍了个应用实例

塑料焊接：透射焊接

———
中图分类号：TG456文献标识码：A文章编号：10099492(2010)04001703

比，激光这些材料时能量
l刖置色热熔塑料来说吸收率较低穿过

一
一
损失很少。焊接时叠加在起的上下两层材料需要满足
激光焊接技术在金属材料的加工领域应用广泛，其优

定的要求：上层材料为透射区，对于焊接所采用的激光应
异的性能早已被各个应用行业所接受，成果显著。随着绿

的透过；而下层材料为热作用区，需要对激光
色环保理念在全球工业生产中的贯彻以及生产成本控制方具有较高率
两就可以证激
一具有较高的吸收率。满足了以上的个条件保
面的考虑，塑料作为种性能优异的可再生非金属材料，
光可以较少的能量损耗透过上层材料到达下层材料的表
被日益广泛地应用在各行业的零部件设计、制造上，传统
两的
，下层有收率，激光在层材料
的金属部件越来越多地被拥有同样工作性能的塑料部件替面由于材料具较高的吸

结合面处被吸收并产生热量。使得该处的塑料熔化，在适
代．同时对塑料零件之间的焊接连接技术和焊接质量也提

当压力作用下发生二次聚合，这样冷却后在上下两层材料
出了更高的要求，这些变化为激光焊接技术在塑料材料领

一
之间形成焊缝而使它们连结在起。
域的应用提供了契机。
2激光塑料焊接的原理3激光塑料焊接优势和特点

伴随着塑料材料和激光设备方面的进步，塑料焊接逐
激光塑料焊接利用透射焊接原理(原理图见图1)，选

一

一渐成为激光焊接的个新兴的、充满希望的应用领域。在
nm一n
用红外激光作为焊接热源．般以8001100m波段的

一某些应用中．激光塑料焊接比传统的超声波焊接、振动焊
激光为主．这波段的激光对于大部分可焊接的透明或有
见
接、热平板焊接等工艺更具成本和性能方面的优势，详

表l。
夹具压力激光柬夹具压力

表1激光塑料焊接相对常用塑料连接方法的优点

图l激光透射焊接原理

收稿日期：2009一12一10

[]17』I

激光焊接塑料技术主要有以下几方面的优点⋯：光能量基本全部吸收，从而大大提高塑料的热吸收效果．
(1)焊缝尺寸精密、牢固、不透气不漏水，焊件表面使得热作用区的材料融化更快、效果更好。但是当焊件为
完好无损：透明或有色材料时．如果采用将碳黑涂抹在焊件接触面的

·(2)在焊接过程中树脂降解少、产生碎屑少，符合食方式，焊缝颜色会变深，与母材颜色反差较大，不够美
品医药行业要求：观。
(3)与其他熔接方法比较，极大地减小了制品的振动英国焊接学会(rwI)研制出了一种叫做Clearweld的
应力和热应力：染料吸收剂，使用它作为吸收涂层来焊接透明或有色材料
(4)能够将多种类不同的塑料材料焊接在一起(其他时可以得到透明的焊缝l3]．因而焊接成品看起来美观精
焊接方法有较大限制)：致。相对碳黑吸收剂，这种可以形成透明焊缝的吸收剂更
(5)易于控制，擅长焊接具有复杂外形(甚至是三受青睐，它也代表了吸收剂的研究发展趋势。
维)的制品：4．4焊接的工艺参数
(6)能够焊接其他方法不易达到的区域。激光塑料焊接涉及的工艺参数主要有激光功率、焊接
4激光塑料焊接需要考虑的几个问题速度、光斑直径、夹具压力等，这些参数要结合焊接材料
4．1激光波长的选择的物理化学特性来筛选优化，合理搭配，才能获得理想的
激光塑料透射焊接通常使用近红外波段的激光作为光焊接强度和效果。
源，包括半导体激光(波长808nm一980nm)、Nd：YAG激5激光塑料焊接的典型应用
光(波长1064nm)和近年来发展势头比较迅猛的光纤激5．1汽车进气歧管激光焊接
光(波长1050nm～1500nm)等，这些波段的激光在热熔塑发动机进气歧管(AIM)(见图2)是汽车动力系统
料中均具有良好的透过率，而且可以和光纤耦合，传输光主要部件之一，传统材料为铸铝。从20世纪80年代起，
路比较简单，可以通过将聚焦头安装在机器人手臂上来实制造塑料AIM成为一种趋势。塑料进气歧管管壁光滑、气
现数控精密焊接。流阻力小、进气效率高、质量轻，因而提高了发动机性能
对于波长处于10．6lxm波段的CO，激光，由于塑料材和燃料利用率，目前已被广泛使用。
料对其具有较高的吸收率．所以它的焊接过程属于热传导
焊接，塑料材料对它的吸收由表及里，逐步深入，因此
CO：激光只适合用于焊接较薄的薄膜材料，当焊接材料具
有一定厚度时，CO激光将两层材料熔合在一起的同时也
会使得表