专利名称：一种采用金属激光焊接机焊接塑料的新方法
技术领域：
本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种采用金属激光焊接机焊接塑料的新 方法。
背景技术：
传统的塑料焊接是采用加热的方式实现，热影响区大，表面会有变形，从而影响外 观。而且焊接制品的振动应力和热应力很大，这意味着制品或者装置内部组件的老化速度 很快，大大缩短了产品的使用寿命。迄今为止还未有广泛的研究，应用金属激光焊接机来焊接不同材料的塑料部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用激光焊接机把两件塑料部件焊接在一起的方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种采用金属激光焊接机焊接塑料 的新方法，步骤如下a)、采用计算机控制专用板卡，输出一定频率、波长为800-1064nm的 近红外线激光；b)、把待焊接的两件塑料部件夹紧在一起，让近红外线激光以偏离焦点的方 式透射过第一个部件，然后被第二个部件吸收所，所吸收的近红外线激光化为热能，将两个 部件的接触表面熔化，形成焊接区。进一步，所述步骤b)中焦点偏离的距离为50-90mm，光斑直径为3_5mm。更近一步，所述的焊接机为半导体激光焊接机、光纤激光焊接机或端泵激光焊接 机。再进一步，所述的焊接工艺参数如下电流为150-180A，脉宽为8-lOms，速度为 2700mm/s，频率为 2Hz。本发明的有益效果是
(1)能生成精密、牢固和密封(不透气和不漏水)的焊接，而且树脂降解少、产生的碎屑 少，制品的表面能够在焊缝周围严密地连接在一起；
(2)易于控制，具有良好的适应性，可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件；
(3)极大地减小了制品的振动应力和热应力，比采用其它连接方式所产生的振动应力 和热应力小得多；
(4)能够将许多种类不同的材料焊接在一起；
(5)由于偏离焦距焊接，焊接光斑大，只需要很低的频率就可以实现高速焊接，是一般 塑料焊接效率的三倍。
图1是本发明正焦距焊接时的原理图；图2是本发明负焦距焊接时的原理图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。一种采用金属激光焊接机焊接塑料的新方法，这种焊接方法能够造出超过原材料 强度的焊接缝，步骤如下
a)、选用半导体激光焊接机、光纤激光焊接机或端泵激光焊接机，采用计算机控制专用 板卡，输出一定频率、波长为800-1064nm的近红外线激光；
b)、把待焊接的两件塑料部件夹紧在一起，让近红外线激光以偏离焦点的方式透射过 第一个部件，其中焦点偏离的距离为50-90mm，光斑直径为3_5mm，激光被第二个部件吸收 所，所吸收的近红外线激光化为热能，将两个部件的接触表面熔化，形成焊接区，所述的焊 接工艺参数如下电流为150-180A，脉宽为8-10ms，速度为2700mm/s，频率为2Hz。如图1、图2所示，激光器1产生的激光3经聚焦透镜2投射到两块塑料上，穿过透 明塑料5后在非透明塑料6上形成光斑4，最终聚焦在焦平面7上。由于焊接机激光发散角度小，光学模式好将，通常在焦点位置打标时其光斑大小 为0. 06mm，这样对精密塑料焊接提供了可行性依据，打标是高速振镜摆动完成光学坐标点 位置的定位标刻，当采用塑料元件作为打标元件时，由于塑料对激光波长的吸收，这样在激 光扫描的线条上会产生加工热熔痕迹，利用这一特性，利用打标的原理完成打标的轨迹实 现塑料焊接的功能。焊接焦距的选择，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。但如果偏离焦点30-50mm的位置上进行塑料焊接时， 就能达到塑料焊接的牢固。用该设备焊接塑料时必须离焦焊，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—980nm，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很容易将塑料的上表面烧伤，达不到焊接要求，试 验证明在焦点位置偏移不远的位置上进行焊接，其上表面透明塑料会有严重的烧伤，而且 会出现不规则的打孔点。两块塑料之间没有任何的连接强度。本发明的焊接方法具有如下的有益效果
(1)能生成精密、牢固和密封(不透气和不漏水)的焊接，而且树脂降解少、产生的碎屑 少，制品的表面能够在焊缝周围严密地连接在一起，没有残渣的优点使它比较适合于国家 食品药品监督管理局管制的医药制品及电子传感器等。(2)易于控制，具有良好的适应性，可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件，这主要 是因为激光便于计算机软件控制，
(3)极大地减小了制品的振动应力和热应力，比采用其它连接方式所产生的振动应力 和热应力小得多，这意味着制品或者装置内部组件的老化速度更慢，可应用于极易损坏的 制品。(4)能够将许多种类不同的材料焊接在一起，例如能将透过近红外激光的聚碳 酸脂(PC)和30%玻纤增强的黑色聚对苯二甲酸丁二脂(PBT)连接在一起，而其它的焊接方 法根本不可能将两种在结构、软化点和增强材料等方面如此不同的聚合物连接起来。(5)焊接效率高，焊接频率低。由于是高斯光，激光融化、焊接更加平整，激光焊接光斑由于大距离的偏离焦点，光斑大(一般5-10mm)，这样要满足密封焊接要求时，焊接的 速度自然就会很快，由于偏离焦距焊接，焊接光斑大，只需要很低的频率就可以实现高速焊 接，是一般塑料焊接效率的三倍。几乎所有的热塑性塑料和热塑性弹性体都可以使用激光焊接技术，常用的焊接材 料有PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等，而其它的一些工程塑料如聚苯 硫醚PPS和液晶聚合物等，由于其具有较低的激光透过率而不太适合使用激光焊接技术， 因此常常在底层材料上加入炭黑，以便使其能吸收足够能量，从而满足激光透射焊接的要 求。未填充的或者玻纤增强的聚合材料都可以用于激光焊接，但是过高的玻纤含量会 散射发出得顶激光，降低光束通过聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接，但是随着颜料或染料含量的增加，激光束的通过 塑料的穿透能力会有所下降。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于 本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种采用金属激光焊接机焊接塑料的新方法，其特征在于，步骤如下a)、采用计算机控制专用板卡，输出一定频率、波长为800-1064nm的近红外线激光；b)、把待焊接的两件塑料部件夹紧在一起，让近红外线激光以偏离焦点的方式透射过 第一个部件，然后被第二个部件吸收所，所吸收的近红外线激光化为热能，将两个部件的接 触表面熔化，形成焊接区。
2.根据权利要求1所述的焊接塑料的新方法，其特征在于，所述步骤b)中焦点偏离的 距离为50-90mm，光斑直径为3-5mm。
3.根据权利要求2所述的焊接塑料的新方法，其特征在于，所述的焊接机为半导体激 光焊接机、光纤激光焊接机或端泵激光焊接机。
4.根据权利要求3所述的焊接塑料的新方法，其特征在于，所述的焊接工艺参数如下 电流为150-180A，脉宽为8-10ms，速度为2700mm/s，频率为2Hz。
全文摘要
本发明公开了一种采用金属激光焊接机焊接塑料的新方法，步骤如下a)采用计算机控制专用板卡，输出一定频率、波长为800-1064nm的近红外线激光；b)把待焊接的两件塑料部件夹紧在一起，让近红外线激光以偏离焦点的方式透射过第一个部件，然后被第二个部件吸收所，所吸收的近红外线激光化为热能，将两个部件的接触表面熔化，形成焊接区；本方法能生成精密、牢固和密封的焊接，而且树脂降解少、产生的碎屑少，制品的表面能够在焊缝周围严密地连接在一起，只需要很低的频率就可以实现高速焊接，是一般塑料焊接效率的三倍。
文档编号B29C65/16GK102107530SQ20101061477
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者吴中政, 彭春阳, 易光纯, 杨军, 梁昆, 雷江红 申请人:东莞市创普光电技术有限公司