本發(fā)明涉及一種針對兩種透光塑料的激光焊接方法。

背景技術(shù)：

塑料由于其成本低廉、獲取方便、加工成形技術(shù)簡單快捷、成品重量輕、導熱導電性能極低和較小的摩擦阻力等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于航空、船舶、汽車、電器、包裝、玩具、電子等行業(yè)。但是，大多數(shù)塑料制品都是模制品，由于注塑、擠壓等工藝限制，相當一部分制品因尺寸、形狀及結(jié)構(gòu)的限制，不能一次加工成型，需要二次加工進行連接。

激光焊接能生成精密、牢固和密封(不透氣和不漏水)的焊縫，而且樹脂分解少，產(chǎn)生的碎屑少，由于激光的非接觸特性，不會產(chǎn)生污染。與傳統(tǒng)的激光焊接工藝相比，激光塑料焊接工藝具有如下不可比擬的優(yōu)點：1)能射能生成精密、牢固和密封的焊接；2)易于控制，可焊接具有復雜空間外形的塑料制件，具有很好的適應(yīng)性；3)極大地減小了焊接產(chǎn)品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力，增加了產(chǎn)品的使用壽命；4)能夠?qū)⒃S多種類不同的塑料材料焊接在一起。

塑料激光焊接領(lǐng)域的最大難點是透光-透光塑料的激光透射焊接。目前實現(xiàn)透光-透光塑料激光焊接的途徑主要有三種：一，大多數(shù)塑料能吸收1400nm到2200nm波段的電磁輻射，利用這一波段的激光可能可以焊接某些透光塑料；二，采用焦距小于50mm光柵口徑大于30mm的專用短焦焊接頭，并且在上層試板表面施加冷卻的方法也能焊接部分透光塑料；三，在兩層透光塑料之間添加一層激光吸收劑，可實現(xiàn)大多數(shù)透光-透光塑料的激光焊接。

但是，第一、二種方法對焊接設(shè)備有特殊要求，通用性不強；第三種方法由于現(xiàn)有的激光吸收劑通用性低，難以實現(xiàn)，質(zhì)量較差，使用起來效率較低。這三種方法都無法滿足生產(chǎn)的需求。因此，有必要進一步改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種簡單合理、性能優(yōu)異、實施成本低、易實現(xiàn)、安全可靠且通用性強的針對兩種透光塑料的激光焊接方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。

按此目的設(shè)計的一種針對兩種透光塑料的激光焊接方法，其特征在于：包括激光打標機、塑料激光焊接機和至少二個待焊工件a和工件b，其焊接步驟如下：

步驟一，工件a和工件b均為透明或淺色塑料，使用激光打標機調(diào)節(jié)至焦距附近位置，在一定的打標工藝參數(shù)下將工件b表面打黑。

步驟二，將工件a和表面已打黑的工件b固定于塑料激光焊接機的工作臺上，其中工件a置于工件b上方，通過夾具使兩工件待焊接面緊密貼合在一起。

步驟三，在一定的焊接工藝參數(shù)下，調(diào)節(jié)塑料激光焊接機的激光焊接頭到工件a和工件b的待焊接面處垂直距離，讓近紅外線激光以偏離焦點的方式透射過工件a，然后被工件b吸收，工件b所吸收的激光轉(zhuǎn)化為熱能，將兩個工件的接觸表面熔化并形成焊接區(qū)，最后將工件a和工件b焊接在一起。

所述激光打標機所用激光器為光纖激光器，發(fā)出波長為1064nm的激光；或者，激光打標機所用激光器為co2激光器，發(fā)出波長為10640nm的激光。

所述塑料激光焊接機所用的激光器為半導體激光器，發(fā)出波長為915nm的激光。

所述步驟一中的打標工藝參數(shù)如下：打標速度為500－6000mm/min，功率為10－100w，頻率為10－1200hz，脈寬為10－350ns。

所述步驟三中的焊接工藝參數(shù)如下：焦點偏離的距離為5－20mm，功率為20－150w。

本發(fā)明通過上述結(jié)構(gòu)的改良，為透光與透光塑料的激光焊接提供了一種新的方法，可有效的解決透光與透光塑料激光焊接的難題。具體地，利用激光打標技術(shù)，將下層透光塑料表面打黑，從而增大了下層透光塑料對激光的吸收率，再利用激光透射焊接原理，在一定夾緊力的作用下實現(xiàn)透光塑料的焊。其具有以下優(yōu)點：

1、本方法采用將下層透光塑料待焊區(qū)域打黑來吸收激光，無需添加額外材料，不引入其他物質(zhì)，進一步確保接頭的質(zhì)量；

2、本方法針對不同的塑料可采取不同的打黑工藝以適用于不同塑料的焊接，通用性強；

3、本方法對焊接設(shè)備無特殊要求，易于實現(xiàn)，降低生產(chǎn)成本；

4、本方法操作簡單，易于操控，易于實現(xiàn)自動化。

綜合而言，其具有簡單合理、性能優(yōu)異、實施成本低、易實現(xiàn)、安全可靠且通用性強等特點，實用性強。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。

本針對兩種透光塑料的激光焊接方法，包括激光打標機、塑料激光焊接機和至少二個待焊工件a和工件b，其焊接步驟如下：

步驟一，工件a和工件b均為透明或淺色塑料，首先依據(jù)激光打標工作原理，激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光經(jīng)聚焦對工件局部進行作用，使工件表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學反應(yīng)。使用激光打標機，調(diào)節(jié)至焦距附近位置，激光經(jīng)聚焦后快速掃過工件b表面，在一定的打標工藝參數(shù)下將，使得激光作用到工件b的區(qū)域在高溫下被打黑。

進一步地講，步驟一中的打標工藝參數(shù)如下：打標速度為500－6000mm/min，功率為10－100w，頻率為10－1200hz，脈寬為10－350ns。具體數(shù)值隨材料的特性而定，通常對工件進行打標時處在激光偏離焦點4mm內(nèi)。由于塑料表面易灼燒，故需采用較高的速度，較低的速度使得塑料工件表面僅達到變黑的程度而非灼燒產(chǎn)生不規(guī)則氣孔。一般速度在2000mm/s以上時，比較好控制打黑工藝。

進一步地講，激光打標機所用激光器為光纖激光器，發(fā)出波長為1064nm的激光；或者，激光打標機所用激光器為co2激光器，發(fā)出波長為10640nm的激光。

步驟二，將工件a和表面已打黑的工件b固定于塑料激光焊接機的工作臺上，其中工件a置于工件b上方，通過夾具使兩工件待焊接面緊密貼合在一起。

步驟三，在一定的焊接工藝參數(shù)下，調(diào)節(jié)塑料激光焊接機的激光焊接頭到工件a和工件b的待焊接面處垂直距離，讓近紅外線激光以偏離焦點的方式透射過工件a，然后被工件b吸收，工件b所吸收的激光轉(zhuǎn)化為熱能，將兩個工件的接觸表面熔化并形成焊接區(qū)，最后將工件a和工件b焊接在一起。

進一步地講，步驟三中的焊接工藝參數(shù)如下：焦點偏離的距離為5－20mm，功率為20－150w。具體數(shù)值隨焊接材料的透光性、厚度以及焊接速度而改變。通常焊接工件時處在激光偏離焦點4mm內(nèi)，長距離的偏焦是用在焊接成型后起到整平美觀的作用。使用塑料焊接機時必須離焦焊，原因是正焦點焊接時由于功率密度高，塑料對激光波長的吸收一般在810－980mm，而采用1064nm波長時，塑料對激光的吸收就不是很好，這樣在正焦點焊接時容易將塑料的上表面燒傷，達不到焊接要求。實驗證明在焦點位置偏移不遠的位置上進行焊接，其上表面透光塑料會有嚴重的燒傷，而且會出現(xiàn)不規(guī)則的打孔點。

進一步地講，塑料激光焊接機所用的激光器為半導體激光器，發(fā)出波長為915nm的激光。

下面，給出用本發(fā)明的針對透光塑料與透光塑料的一些具體實例。

實例1：透明pp與透明pp的激光焊接

(1)激光打標：

激光功率：100w

焊接速度：2000mm/min

頻率：200hz

脈寬：60ns

(2)激光焊接：

激光功率：30w

焊接速度：1000mm/min

離焦量：+10mm

經(jīng)激光打標后，待焊區(qū)域表面被掃黑，再進行激光焊接，能夠?qū)崿F(xiàn)透明pp與透明pp的焊接，獲得具有足夠強度的焊接接頭。

實例2：白色pp與綠色pp的激光焊接

(1)激光打標：

激光功率：100w

焊接速度：3000mm/min

頻率：65hz

脈寬：250ns

(2)激光焊接：

激光功率：40w

焊接速度：200mm/min

離焦量：+5mm

綠色pp經(jīng)掃黑后，表面吸光能力增強，與白色pp搭接進行激光焊接，能夠緊密焊接在一起，接頭強度良好。

因此，本發(fā)明提出的針對透光塑料與透光塑料的激光焊接方法，能夠解決兩種透光材料激光透射焊接時下層塑料不吸收激光的問題。同時，由于打黑工藝簡單，可以應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線，能夠有效的提升透光塑料的激光焊接效率。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。