一种提高激光透射焊接强度的方法与流程

本发明属于激光透射焊接技术领域，尤其涉及到一种提高激光透射焊接强度的方法。

背景技术：

塑料制品具有重量轻、强度高、密度低、成本低、弹性优良、耐腐蚀等优点，因此塑料应用越来越广泛，尤其热塑性塑料。大多数热塑性塑料制品都为模制品，受注塑、挤塑加工工艺和模具制作等多方面的影响，很多形状不规则或结构复杂的塑料制品很难一次注塑成型，通常最经济、有效的方法是将多个简单的注塑件组合在一起，因此，出现了各种各样的热塑性塑料的连接方法。传统的机械连接方法由于易损伤元器件、连接不牢固和外来物质的引入等缺点而得不到广泛使用。激光透射焊接相比于传统的焊接方法有着诸多的优点，比如，形成精密、牢固、密封的焊缝；易于控制，能实现自动化生产；焊接热影响区小；焊接速度快，质量高，焊缝位于材料界面处；焊接热应力和振动应力小；能够实现异种材料的焊接，是目前热塑性塑料间以及热塑性塑料与金属之间最具有潜力的焊接方法。

目前，激光透射焊接的材料主要是相容性较好的材料，而对于相容性较差的异种材料，很少能通过激光透射焊接焊在一起。其中，解决方法有：如文献《Study on Welding Mechanism Based on Modification of Polypropylene for Improving the Laser Transmission Weldability to PA66》中提到的用马来酸酐对聚丙烯进行接枝改性来改善聚丙烯与尼龙66之间的焊接性能，并发现焊接强度大大提高，但此种方法会改变材料的某些性能，且焊接成本高；或者如文献《Performance and mechanism of laser transmission joining between glass fiber-reinforced PA66 and PC》中提到GFR-PA66与PC相容性差异大，不可直接焊接问题，通过冷喷涂技术在GFR-PA66上喷涂了一层20μm厚Al薄层作为下层材料来与之相容性较差的PC进行激光透射焊接，结果发现焊接强度能达到4MPa左右，此种方法的缺点是对专业技术要求高，并且成本高，不适合大规模生产。

激光透射焊接技术是未来发展的趋势，但是其也面临一大难题：相容性较差的异种材料之间的焊接。所以迫切需要一种既经济又实用的一种方法来解决这类问题。

技术实现要素：

针对现有技术中激光透射焊接异种聚合物存在的问题，对于上工件与下工件之间相容性较差的情况，通过使用一种能与上工件和下工件之间具有较好相容性的薄膜材料，来提高相容性较差的异种聚合物之间的激光透射焊接强度。

本发明通过以下技术手段实现的：

一种提高激光透射焊接强度的方法，包括如下步骤：

S1、将下工件、薄膜和上工件用乙醇进行超声波清洗，清除其表面杂质，之后放于干燥箱内干燥6～24h；其中，下工件、薄膜和上工件均为聚合物材料；

S2、将经过步骤S1处理后的下工件、薄膜和上工件依次从下到上放置于基座上，然后透光玻璃放置于上工件上，通过对透光玻璃施加压力，进而对上工件、薄膜和下工件施加压力；

S3、打开激光发射器，激光光束由激光发射器发射出来后，透过透光玻璃、上工件和薄膜到下工件的上表面，激光光束的能量被下工件的上表面吸收后转化为热能，使得下工件的上表面、薄膜和上工件下表面熔化，在压力的作用下，分子链之间发生扩散、蠕动、缠结等一系列运动之后，分子链缠结在一起，材料之间形成范德华力，即形成牢固的焊缝。

进一步的，上工件上置有透光玻璃。

进一步的，透光玻璃为K9玻璃。

进一步的，薄膜厚度为0.01mm～0.5mm。

进一步的，薄膜分别与上工件和下工件相容性均大于上工件与下工件之间的相容性；薄膜厚度为0.01mm～0.5mm。

薄膜与上工件和下工件都具有较好的相容性，薄膜为透明PC。

进一步的，下工件为加有碳黑的吸光材料PBT。

进一步的，上工件为透明材料PMMA。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用激光为能量源，对于上工件与下工件之间相容性较差的情况，通过使用一种能与上工件和下工件之间具有较好相容性的薄膜材料，来提高相容性较差的异种聚合物之间的激光透射焊接强度。

2.在加工过程中，激光光束的能量被下工件的上表面吸收后转化为热能，使得下工件的上表面、薄膜和上工件下表面熔化，在压力的作用下，分子链之间发生扩散、蠕动、缠结等一系列运动之后，分子链缠结在一起，材料之间形成范德华力，即形成牢固的焊缝。

3.上工件选透明材料PMMA，下工件选加有碳黑的吸光材料PBT，这样下工件的吸光效果提高，从而提高焊接效果。

4.薄膜与上工件和下工件都具有较好的相容性；另外，薄膜太厚不利于将下工件上表面的所吸收的热量传递上工件的下表面，薄膜太薄则起不到相容的作用，所以选薄膜厚度为0.01mm～0.5mm。

附图说明

图1是本发明一种提高激光透射焊接强度的方法的示意图；

图2是本发明中焊接后焊接件示意图。

附图标记如下：

1-基座；2-下工件；3-薄膜；4-上工件；5-透光玻璃；6-压力；7-激光光束；8-激光发射器；9-熔池。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

通过采用一种能与上工件和下工件之间具有较好相容性的薄膜材料来提高相容性较差的异种聚合物之间的激光透射焊接强度。

一种提高激光透射焊接强度的方法，包括如下步骤：

S1、将下工件2、薄膜3和上工件4用乙醇进行超声波清洗，清除其表面杂质，之后放于干燥箱内干燥6～24h；

S2、将经过步骤S1处理后的下工件2、薄膜3和上工件4依次从下到上放置于基座1上，然后透光玻璃5放置于上工件4上，通过对透光玻璃5施加压力6，进而对上工件4、薄膜3和下工件2施加压力；

S3、打开激光发射器8，激光光束7由激光发射器8发射出来后，透过透光玻璃5、上工件4和薄膜3到下工件2的上表面，激光光束7的能量被下工件2的上表面吸收后转化为热能，使得下工件2的上表面、薄膜3和上工件4下表面熔化，使分子链之间发生扩散、蠕动、缠结等一系列运动之后，分子链缠结在一起，在压力的作用下，材料之间形成范德华力，即形成牢固的焊缝。其中，透光玻璃为K9玻璃；薄膜厚度为0.01mm～0.5mm；薄膜3为透明PC，上工件4为透光性较好的聚合物材料，下工件2为加有碳黑的吸光材料PBT；上工件4为透明材料PMMA。

本发明焊接所选的材料：上工件4为透明材料PMMA(尺寸20mm×20mm×1.5mm)，加有碳黑的吸光材料PBT(尺寸20mm×20mm×1.5mm)作为下工件2，透明材料PC(尺寸20mm×20mm×0.125mm)作为薄膜3。

其中，PMMA全称为polymethyl methacrylate(聚甲基丙烯酸甲酯)；PBT全称为polybutylene terephthalate(聚对苯二甲酸丁二醇酯)；PC全称为Polycarbonate(聚碳酸酯)。

PMMA与PBT的相溶性较差，通过激光透射焊接的强度较低，PC材料与两者的相容性都较好。

工作方法：

S1、将PMMA、PC、PBT用乙醇进行超声波清洗，清除其表面杂质，之后放于干燥箱内干燥12h；

S2、将PBT、PC和PMMA依次放置于基座上，把K9玻璃放置于PMMA上，通过对K9玻璃施加压力，进而对上工件、薄膜和下工件施加压力；

S3、打开激光发射器，将激光功率设为18W，激光光束由激光发射器发射出来后，透过K9玻璃、PMMA和PC薄膜到达PBT的上表面，激光光束的能量被PBT的上表面吸收后转化为热能，将PBT的上表面、PC薄膜和PMMA下表面熔化，在压力的作用下，材料之间形成范德华力，即形成熔池9从而形成牢固的焊缝。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。