一种用于连接塑料件的激光透射焊接方法与流程

技术领域

本发明涉及一种用于连接塑料件的激光透射焊接方法。

背景技术：

常用于塑料及其他复合材料的焊接方法主要有两种方式：外加热和内加热。

外加热一般包括了热板焊、热气焊、挤出焊、内植感应焊、内植阻抗焊。热板焊接不足之处在于焊接过程受环境影响较大，而且在抽离热板之时，易与被焊接塑料粘结，且总体焊接效率低；热气焊则主要在于过分依赖操作人员的技术水平；挤出焊接在于可焊接材料有限，适用范围有局限；内植感应焊与内植阻抗焊则是因为内植物的存在，在焊接后不易取出，嵌入物的存在会影响焊接接头质量。

内加热一般包括了机械加热和电磁加热。机械加热方法主要是通过表面摩擦或者分子间摩擦来实现机械能向热的转化，常见的焊接方法有：超声波焊、振动焊、旋转焊接。超声波焊接主要是由于声场因素且焊接区域封闭等影响，使得参数不易测量；振动焊和摩擦焊虽然接头质量高，但都难以避免溢料的产生，利用机械加热的方法进行的焊接，都会有振动应力和热应力的残余。电磁加热则主要是吸收电磁辐射从而转化为热，常见的电磁加热焊接方法有：红外线焊接，激光焊接，射频焊接以及微波焊接。红外线焊接过程中无上限温度，常会造成烧伤，甚至导致待焊件过热而变色变质；射频焊接由于高频的存在，对于操作人员以及周边环境都会造成污染；微波焊接过程中容易出现非均匀加热，严重时会产生很大的残余应力，同时，焊接区域有限。

此时，激光焊接相较于其他种类的焊接方法而作为一种无接触、节能环保绿色的焊接方法，而且焊速高、热影响区小，无残渣、键合强度高、焊缝变形小，已被逐步应用于汽车工业、生物医疗装备制造以及MEMS中微型机械的制造等行业，具有广阔的发展前景。

激光透射焊接方法是让激光（波长一般为800~1050nm）透过透明试件，在上层试件与下层试件（添加一定量的吸光剂）的结合面激光被下层试件吸收并产生热量，在热集中区域，塑料被融化，通过热量在两种试件之间的传递，使塑料融化，热熔融状态下的塑料大分子在键合压力和热膨胀的作用下相互扩散和缠结，产生范德华力并形成强的键合。传统的透射焊接主要通过三种方式对激光进行吸收，第一种是在下层吸光塑件中添加一定量的炭黑；第二种是，在中间层涂抹一些吸光剂，如Clearweld等；第三种是在下层塑件表面镀金属膜，通过金属膜进行热量的吸收、传递。

但是，传统意义上的激光透射焊接存在以下缺陷：

1.被焊接材料的局限性，在大部分情况下须保证透光件与吸光件的同时存在，这样才能在中间层熔融、缔结，添加剂虽然一定程度上可以解决此类问题，但是，价格相对较高，且实际操作繁琐，不适于大批量、自动化的生产过程。

2.透射焊接的适用范围受到限制，在医疗器械等对焊接有特殊要求的行业之中，诸如对外观有高要求等，往往不能满足要求。

3.在焊接过程中，主要依靠熔融部分与未熔化部分之间的热传递，传热效率有限。

4.焊缝形貌难以进行控制，可能由于激光器出光不稳定，造成焊接局部的凹凸不平，冷却后残余应力对焊接质量有显著的影响。

5.在焊接过程中，由于焊接参数设置的不合理，导致瞬时功率过高，灼烧塑件，对环境造成污染。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够实现透明塑件与透明塑件的激光透射焊接的方法，以扩大透射焊接的适用范围，同时提升塑件的激光透射焊接质量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于连接塑料件的激光透射焊接方法，用于第一塑件与第二塑件之间的激光焊接，其中，所述第一塑件为透明塑件，所述焊接方法包括如下步骤：

S1、在所述第二塑件的待焊接位置处开设沟槽；

S2、在所述沟槽中填充低熔点且具有强导热性的金属粉末；

S3、将所述第一塑件与第二塑件进行搭接，并通过夹紧装置将所述第一塑件与第二塑件进行夹紧；

S4、激光器启动并产生激光光束，该激光光束穿过所述第一塑件并对准所述沟槽中的金属粉末而实现激光焊接。

优选地，所述金属粉末为锌合金粉末。

进一步地，所述锌合金粉末为锌锡合金粉末、锌铝合金粉末、锌铜合金粉末、锌镁合金粉末中的一种。

优选地，所述沟槽在所述第二塑件的所述待焊接位置处沿设定的焊接轨迹延伸。

进一步地，所述焊接轨迹为直线。

优选地，所述沟槽沿所述第二塑件的宽度方向延伸，且所述沟槽沿所述第二塑件的宽度方向贯穿。

优选地，所述沟槽沿所述第二塑件的宽度方向延伸，所述沟槽具有朝上的开口，当所述第一塑件与第二塑件相配合搭接时，所述第一塑件与所述沟槽的槽腔之间形成封闭腔室，所述第一塑件或第二塑件上还开设有多个与所述封闭腔室相连通的排气槽。

优选地，所述沟槽的深度为1mm～2mm。

作为一种具体的实施方式，所述第二塑件也为透明塑件。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的用于连接塑料件的激光透射焊接方法，其中通过采用如锌合金粉末或类似具有低熔点、强导热性的金属粉末来实现热量传递，其传热效率得到了极大的提升，能够实现透明的同种塑件之间的透射焊接，此外，当激光器出光不稳定的情况下，金属粉末起到了一个很好的过渡作用，避免了瞬时功率过高而影响焊接质量。该焊接方法设计、操作简单，便于实施，增大了透射焊接的使用范围，也在一定程度上提升了激光透射的焊接质量。

附图说明

附图1为本发明的激光透射焊接方法的工作原理图；

附图2为附图1的主视图；

附图3为附图1的俯视图；

其中：1、第一塑件；2、第二塑件；21、沟槽；3、金属粉末；4、第一垫板；5、第二垫板。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1至图3所示的焊接工作原理图，待焊接连接的第一塑件1与第二塑件2均为透明塑件，其中第一塑件1位于上方，第二塑件2位于下方，激光器设置在第一塑件1的上方，激光器产生的激光光束自第一塑件1的上方穿过第一塑件1而投射至第二塑件2上。该激光透射焊接按照如下步骤依次进行：

首先，在第二塑件2的待焊接位置处开设沟槽21，该沟槽21的形状可根据实际生产情况而定，其深度最好为1mm～2mm。该沟槽21在第二塑件2的待焊接位置处沿着设定的焊接轨迹延伸。本实施例中采用常用的焊接方式——轮廓焊接，即焊接轨迹为一条直线，该沟槽21设置成沿第二塑件2的宽度方向呈直线延伸。

然后，在上述的沟槽21中填充金属粉末3，该金属粉末3应为低熔点且具有强导热性的金属粉末，优选为锌合金粉末，具体可采用锌锡合金粉末、锌铝合金粉末、锌铜合金粉末、锌镁合金粉末中的一种。该金属粉末3应均匀填充在沟槽21中。

接着，将第一塑件1与第二塑件2进行搭接，并通过夹紧装置将第一塑件1与第二塑件2进行夹紧。具体地，第一塑件1上连接有第一垫板4，第二塑件2上连接有第二垫板5，夹紧装置通过对第一垫板4与第二垫板5施加压紧力，从而实现对第一塑件1与第二塑件2的夹紧。

最后，启动激光器，激光器产生的激光光束穿过第一塑件1并对准沟槽21中的金属粉末3，通过金属粉末3将激光能量转化为热而传递至第一塑件1与第二塑件2，使得第一塑件1与第二塑件2相连接，从而实现激光焊接。

在上述焊接加工中，若第二塑件2上的沟槽21开设的为开放式的，即若沟槽21沿第二塑件2的宽度方向相贯穿，当第一塑件1与第二塑件2相配合搭接时，沟槽21内部的金属粉末3仍可通过沟槽21两侧的开口与外部连通，从而能够在激光加工时实现排气。而若第二塑件2上的沟槽21开设的为封闭式的，即该沟槽21仅具有朝上的开口，当第一塑件1与第二塑件2相配合搭接时，第一塑件1盖在沟槽21的上述开口上而使得第一塑件1与沟槽21的槽腔之间形成封闭腔室，则此时需要在第一塑件1或第二塑件2上开设多个与上述封闭腔室相连通的排气槽（图中未示出）。

当然，当第二塑件2为非透明塑件时，也可按照上述焊接方法来实现第一塑件1与第二塑件2的焊接。

综上，本发明的激光透射焊接方法，其中通过采用如锌合金粉末或类似具有低熔点、强导热性的金属粉末来实现热量传递，其传热效率得到了极大的提升，能够实现透明的同种塑件之间的透射焊接，此外，当激光器出光不稳定的情况下，金属粉末起到了一个很好的过渡作用，避免了瞬时功率过高而影响焊接质量。该焊接方法设计、操作简单，便于实施，增大了透射焊接的使用范围，也在一定程度上提升了激光透射的焊接质量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。