本发明涉及一种针对两种透光塑料的激光焊接方法。
背景技术：
塑料由于其成本低廉、获取方便、加工成形技术简单快捷、成品重量轻、导热导电性能极低和较小的摩擦阻力等优点，被广泛的应用于航空、船舶、汽车、电器、包装、玩具、电子等行业。但是，大多数塑料制品都是模制品，由于注塑、挤压等工艺限制，相当一部分制品因尺寸、形状及结构的限制，不能一次加工成型，需要二次加工进行连接。
激光焊接能生成精密、牢固和密封(不透气和不漏水)的焊缝，而且树脂分解少，产生的碎屑少，由于激光的非接触特性，不会产生污染。与传统的激光焊接工艺相比，激光塑料焊接工艺具有如下不可比拟的优点：1)能射能生成精密、牢固和密封的焊接；2)易于控制，可焊接具有复杂空间外形的塑料制件，具有很好的适应性；3)极大地减小了焊接产品的振动应力和热应力，增加了产品的使用寿命；4)能够将许多种类不同的塑料材料焊接在一起。
塑料激光焊接领域的最大难点是透光-透光塑料的激光透射焊接。目前实现透光-透光塑料激光焊接的途径主要有三种：一，大多数塑料能吸收1400nm到2200nm波段的电磁辐射，利用这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光栅口径大于30mm的专用短焦焊接头，并且在上层试板表面施加冷却的方法也能焊接部分透光塑料；三，在两层透光塑料之间添加一层激光吸收剂，可实现大多数透光-透光塑料的激光焊接。
但是，第一、二种方法对焊接设备有特殊要求，通用性不强；第三种方法由于现有的激光吸收剂通用性低，难以实现，质量较差，使用起来效率较低。这三种方法都无法满足生产的需求。因此，有必要进一步改进。
技术实现要素：
本发明的目的旨在提供一种简单合理、性能优异、实施成本低、易实现、安全可靠且通用性强的针对两种透光塑料的激光焊接方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种针对两种透光塑料的激光焊接方法，其特征在于：包括激光打标机、塑料激光焊接机和至少二个待焊工件a和工件b，其焊接步骤如下：
步骤一，工件a和工件b均为透明或浅色塑料，使用激光打标机调节至焦距附近位置，在一定的打标工艺参数下将工件b表面打黑。
步骤二，将工件a和表面已打黑的工件b固定于塑料激光焊接机的工作台上，其中工件a置于工件b上方，通过夹具使两工件待焊接面紧密贴合在一起。
步骤三，在一定的焊接工艺参数下，调节塑料激光焊接机的激光焊接头到工件a和工件b的待焊接面处垂直距离，让近红外线激光以偏离焦点的方式透射过工件a，然后被工件b吸收，工件b所吸收的激光转化为热能，将两个工件的接触表面熔化并形成焊接区，最后将工件a和工件b焊接在一起。
所述激光打标机所用激光器为光纤激光器，发出波长为1064nm的激光；或者，激光打标机所用激光器为co2激光器，发出波长为10640nm的激光。
所述塑料激光焊接机所用的激光器为半导体激光器，发出波长为915nm的激光。
所述步骤一中的打标工艺参数如下：打标速度为500－6000mm/min，功率为10－100w，频率为10－1200hz，脉宽为10－350ns。
所述步骤三中的焊接工艺参数如下：焦点偏离的距离为5－20mm，功率为20－150w。
本发明通过上述结构的改良，为透光与透光塑料的激光焊接提供了一种新的方法，可有效的解决透光与透光塑料激光焊接的难题。具体地，利用激光打标技术，将下层透光塑料表面打黑，从而增大了下层透光塑料对激光的吸收率，再利用激光透射焊接原理，在一定夹紧力的作用下实现透光塑料的焊。其具有以下优点：
1、本方法采用将下层透光塑料待焊区域打黑来吸收激光，无需添加额外材料，不引入其他物质，进一步确保接头的质量；
2、本方法针对不同的塑料可采取不同的打黑工艺以适用于不同塑料的焊接，通用性强；
3、本方法对焊接设备无特殊要求，易于实现，降低生产成本；
4、本方法操作简单，易于操控，易于实现自动化。
综合而言，其具有简单合理、性能优异、实施成本低、易实现、安全可靠且通用性强等特点，实用性强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
本针对两种透光塑料的激光焊接方法，包括激光打标机、塑料激光焊接机和至少二个待焊工件a和工件b，其焊接步骤如下：
步骤一，工件a和工件b均为透明或浅色塑料，首先依据激光打标工作原理，激光发生器产生的激光经聚焦对工件局部进行作用，使工件表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应。使用激光打标机，调节至焦距附近位置，激光经聚焦后快速扫过工件b表面，在一定的打标工艺参数下将，使得激光作用到工件b的区域在高温下被打黑。
进一步地讲，步骤一中的打标工艺参数如下：打标速度为500－6000mm/min，功率为10－100w，频率为10－1200hz，脉宽为10－350ns。具体数值随材料的特性而定，通常对工件进行打标时处在激光偏离焦点4mm内。由于塑料表面易灼烧，故需采用较高的速度，较低的速度使得塑料工件表面仅达到变黑的程度而非灼烧产生不规则气孔。一般速度在2000mm/s以上时，比较好控制打黑工艺。
进一步地讲，激光打标机所用激光器为光纤激光器，发出波长为1064nm的激光；或者，激光打标机所用激光器为co2激光器，发出波长为10640nm的激光。
步骤二，将工件a和表面已打黑的工件b固定于塑料激光焊接机的工作台上，其中工件a置于工件b上方，通过夹具使两工件待焊接面紧密贴合在一起。
步骤三，在一定的焊接工艺参数下，调节塑料激光焊接机的激光焊接头到工件a和工件b的待焊接面处垂直距离，让近红外线激光以偏离焦点的方式透射过工件a，然后被工件b吸收，工件b所吸收的激光转化为热能，将两个工件的接触表面熔化并形成焊接区，最后将工件a和工件b焊接在一起。
进一步地讲，步骤三中的焊接工艺参数如下：焦点偏离的距离为5－20mm，功率为20－150w。具体数值随焊接材料的透光性、厚度以及焊接速度而改变。通常焊接工件时处在激光偏离焦点4mm内，长距离的偏焦是用在焊接成型后起到整平美观的作用。使用塑料焊接机时必须离焦焊，原因是正焦点焊接时由于功率密度高，塑料对激光波长的吸收一般在810－980mm，而采用1064nm波长时，塑料对激光的吸收就不是很好，这样在正焦点焊接时容易将塑料的上表面烧伤，达不到焊接要求。实验证明在焦点位置偏移不远的位置上进行焊接，其上表面透光塑料会有严重的烧伤，而且会出现不规则的打孔点。
进一步地讲，塑料激光焊接机所用的激光器为半导体激光器，发出波长为915nm的激光。
下面，给出用本发明的针对透光塑料与透光塑料的一些具体实例。
实例1：透明pp与透明pp的激光焊接
(1)激光打标：
激光功率：100w
焊接速度：2000mm/min
频率：200hz
脉宽：60ns
(2)激光焊接：
激光功率：30w
焊接速度：1000mm/min
离焦量：+10mm
经激光打标后，待焊区域表面被扫黑，再进行激光焊接，能够实现透明pp与透明pp的焊接，获得具有足够强度的焊接接头。
实例2：白色pp与绿色pp的激光焊接
(1)激光打标：
激光功率：100w
焊接速度：3000mm/min
频率：65hz
脉宽：250ns
(2)激光焊接：
激光功率：40w
焊接速度：200mm/min
离焦量：+5mm
绿色pp经扫黑后，表面吸光能力增强，与白色pp搭接进行激光焊接，能够紧密焊接在一起，接头强度良好。
因此，本发明提出的针对透光塑料与透光塑料的激光焊接方法，能够解决两种透光材料激光透射焊接时下层塑料不吸收激光的问题。同时，由于打黑工艺简单，可以应用于自动化生产线，能够有效的提升透光塑料的激光焊接效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。