CN109228367A - 一种异种塑料激光焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异种塑料激光焊接工艺，所述异种塑料包括位于上方的聚甲基丙烯酸甲酯以及位于下方的聚碳酸酯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的下表面具有凸起，所述聚碳酸酯的上表面具有凹槽，所述凸起和所述凹槽相互匹配构成融合线，所述异种塑料的激光焊接工艺包括如下步骤：先采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯后作用于聚碳酸酯上的凹槽内，并采用第一温度将聚碳酸酯中凹槽里的材料熔化；然后将第一温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯熔化的第二温度；再利用第二温度将聚甲基丙烯酸甲酯的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接，通过上述方式，本发明能够提高焊缝处的整体接头性能以及外观质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接领域，特别涉及一种异种塑料激光焊接工艺。
背景技术
由于激光具有能量密度高、相干性好、单色性好、方向性强等优良性能，在现代工业的各个领域都得到广泛的应用，在金属材料上主要用于切割、焊接、热处理、熔覆、打标、激光清洗（除锈）、微加工等，而在塑料上主要用于焊接、打标等。
目前市场上针对塑料焊接通常采用超声波焊接、热板焊接、振动焊接、胶水粘接、激光焊接，其中，激光塑料焊接采用非接触焊接，具有速度快、精度高、焊接强度与母材相当、适用性好焊接过程监控等诸多优点。
由于激光塑性焊接是光穿透上层透射层照射到下层的光吸收层，激光束穿透激光透射层在激光吸收层中被转换成热能，随着激光的照射时间增长，温度达到设定温度后，材料开始膨胀，分子被激励，此时施加一定压力，热能就从吸收层传导到透射层上，使得两种材料熔化成为一个新的接合物。
但是，异种材料由于分子结构不同、物理性能不同，两者差距越大，越难实现焊接，由于聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯两者的线膨胀系数不同、融化温度不同、塑性与韧性不同，容易引起焊缝处产生热应力，导致焊缝处产生裂纹使得接头性能差，而目前传统的焊接是将融合线做在底部的聚碳酸酯塑料上，上面的聚甲基丙烯酸甲酯有两种方式，一种是做成平面；一种是做成凹面，将底部聚碳酸酯的融合线(凸面)与其贴合，但这样的结构很容易导致溢胶且固定不好，易产生位移。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种异种塑料激光焊接工艺，能够解决异种塑料由于两者材料在分子结构不同，物理性能也差距较大的情况下容易引起焊缝处产生热应力，导致焊缝处的整体接头性能差，外观不良的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种异种塑料激光焊接工艺，所述异种塑料包括位于上方的聚甲基丙烯酸甲酯以及位于下方的聚碳酸酯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的下表面具有凸起，所述聚碳酸酯的上表面具有凹槽，所述凸起和所述凹槽相互匹配构成融合线，所述异种塑料的激光焊接工艺包括如下步骤：
（1）第一时区：采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯后作用于聚碳酸酯上的凹槽内，并采用第一温度将聚碳酸酯中凹槽里的材料熔化；
（2）第二时区：将第一温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯熔化的第二温度；
（3）第三时区：利用第二温度将聚甲基丙烯酸甲酯的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一时区的末端时间点为0.5-2秒。
在本发明一个较佳实施例中，所述第二时区的末端时间点为1-2.5秒。
在本发明一个较佳实施例中，所述第三时区的末端时间点为2.5-5秒。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一温度的范围为230-280℃。
在本发明一个较佳实施例中，所述第二温度的范围为130-180℃。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光的功率为100-200W。
在本发明一个较佳实施例中，所述聚碳酸酯和所述聚甲基丙烯酸甲酯在激光焊接的过程中均采用恒定的外部压力进行控制。
本发明的有益效果是：本发明一种异种塑料激光焊接工艺，通过采用全新的接头方式以及闭环温度功率实时调节的温控波形，解决了异种塑料由于两者材料在分子结构不同且物理性能也差距较大的情况下，容易引起焊缝处产生热应力从而导致焊缝处的整体接头性能差，外观不良的技术问题，有助于大幅提高焊接接头性能以及外观质量。
附图说明
图1是本发明在一较佳实施例中的结构示意图；
图2是本发明在一较佳实施例中的温控波形图；
附图中各部件的标记如下：1、聚甲基丙烯酸甲酯，2、聚碳酸酯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例为：
一种异种塑料激光焊接工艺，所述异种塑料包括位于上方的聚甲基丙烯酸甲酯1以及位于下方的聚碳酸酯2，所述聚甲基丙烯酸甲酯1的下表面具有凸起，所述聚碳酸酯2的上表面具有凹槽，所述凸起和所述凹槽相互匹配构成融合线。
参阅图2，本发明一种异种塑料激光焊接工艺包括如下步骤：
（1）第一时区：采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯后作用于聚碳酸酯上的凹槽内，并采用第一温度将聚碳酸酯中凹槽里的材料熔化；
（2）第二时区：将第一温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯熔化的第二温度；
（3）第三时区：利用第二温度将聚甲基丙烯酸甲酯的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接。
其中，所述激光的功率为100-200W。
所述聚碳酸酯2和所述聚甲基丙烯酸甲酯1在激光焊接的过程中均采用恒定的外部压力进行控制，能够保证聚碳酸酯2和聚甲基丙烯酸甲酯1之间始终保持有一定的压力，从而保证焊接质量。
记，所述第一时区的末端时间点为T1，则T1的范围为0.5-2秒。
记，所述第二时区的末端时间点为T2，则T2的范围为1-2.5秒。
记，所述第三时区的末端时间点为T3，则T3的范围为2.5-5秒。
记，所述第一温度为t1，则t1的范围为230-280℃。
记，所述第二温度为t2，则t2的范围为130-180℃。
实施例1：
取T1为0.5秒，T2为1秒，T3为2.5秒，t1为280℃，t2为180℃，所述一种塑料激光焊接工艺的步骤具体如下：
（1）0-0.5秒之间：采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯1后作用于聚碳酸酯2上的凹槽内，并以280℃的温度将聚碳酸酯2中凹槽里的材料熔化；
（2）0.5秒-1秒之间：将温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯1熔化的温度180℃；
（3）1秒-2.5秒之间：利用180℃将聚甲基丙烯酸甲酯1的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯2中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接。
实施例2：
取T1为2秒，T2为2.5秒，T3为5秒，t1为230℃，t2为130℃，所述一种塑料激光焊接工艺的步骤具体如下：
（1）0-2秒之间：采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯1后作用于聚碳酸酯2上的凹槽内，并以230℃的温度将聚碳酸酯2中凹槽里的材料熔化；
（2）2秒-2.5秒之间：将温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯1熔化的温度130℃；
（3）2.5秒-5秒之间：利用130℃将聚甲基丙烯酸甲酯1的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯2中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接。
实施例3：
取T1为1.25秒，T2为1.75秒，T3为3.75秒，t1为255℃，t2为155℃，所述一种塑料激光焊接工艺的步骤具体如下：
（1）0-1.25秒之间：采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯1后作用于聚碳酸酯2上的凹槽内，并以255℃的温度将聚碳酸酯2中凹槽里的材料熔化；
（2）1.25秒-1.75秒之间：将温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯1熔化的温度155℃；
（3）1.75秒-3.75秒之间：利用155℃将聚甲基丙烯酸甲酯1的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯2中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接。
区别于现有技术，本发明一种异种塑料激光焊接工艺，通过采用全新的接头方式以及闭环温度功率实时调节的温控波形，解决了异种塑料由于两者材料在分子结构不同且物理性能也差距较大的情况下，容易引起焊缝处产生热应力从而导致焊缝处的整体接头性能差，外观不良的技术问题，有助于大幅提高焊接接头性能以及外观质量。
需要解释的是，由于聚甲基丙烯酸甲酯1的分解温度接近第一温度，所以要在第二时区内将温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯1的第二温度，能够有效地防止在激光焊接的过程中将聚甲基丙烯酸甲酯1分解。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述异种塑料包括位于上方的聚甲基丙烯酸甲酯以及位于下方的聚碳酸酯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的下表面具有凸起，所述聚碳酸酯的上表面具有凹槽，所述凸起和所述凹槽相互匹配构成融合线，所述异种塑料的激光焊接工艺包括如下步骤：
（1）第一时区：采用激光从聚焦镜射出穿透聚甲基丙烯酸甲酯后作用于聚碳酸酯上的凹槽内，并采用第一温度将聚碳酸酯中凹槽里的材料熔化；
（2）第二时区：将第一温度降低到聚甲基丙烯酸甲酯熔化的第二温度；
（3）第三时区：利用第二温度将聚甲基丙烯酸甲酯的凸出材料熔化，使其与聚碳酸酯中凹槽内熔化的材料结合，形成新的结合物，最终实现激光焊接。
2.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述第一时区的末端时间点为0.5-2秒。
3.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述第二时区的末端时间点为1-2.5秒。
4.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述第三时区的末端时间点为2.5-5秒。
5.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述第一温度的范围为230-280℃。
6.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述第二温度的范围为130-180℃。
7.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述激光的功率为100-200W。
8.根据权利要求1所述的异种塑料激光焊接工艺，其特征在于，所述聚碳酸酯和所述聚甲基丙烯酸甲酯在激光焊接的过程中均采用恒定的外部压力进行控制。
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|---|---|---|---|
| CN201811216090.2A CN109228367A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种异种塑料激光焊接工艺 |
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| CN201811216090.2A CN109228367A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种异种塑料激光焊接工艺 |
Publications (1)
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112297438A (zh) * | 2020-07-28 | 2021-02-02 | 苏州大学 | 一种内置宽肋的圆筒状塑料外壳及其焊接方法 |
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2018
- 2018-10-18 CN CN201811216090.2A patent/CN109228367A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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