CN109760324B - 基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，所述熔池处理方法包括：S1、对塑料板材进行激光透射焊接，焊接后进行切割得到包含熔池横截面观测平面的焊接样件；S2、将焊接样件放入金相冷镶嵌材料中冷却凝固，得到观测样件；S3、对观测样件进行研磨、抛光；S4、对观测样件进行焊接熔池观测。本发明的熔池处理方法易于操作，能获取界面清晰的观测图片，易于观察出塑料激光透射焊接熔池的形貌特征，对设备成本的要求较低，具有观测结果可靠、耗时短等优点。

Description

基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法

技术领域

本发明涉及激光透射焊接技术领域，特别是涉及一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法。

背景技术

激光透射焊接作为一种无接触、节能环保绿色的焊接方法，具有焊速高、热影响区小、无残渣、键合强度高、焊缝变形小等优点，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，且展现出广阔的发展前景。作为评价和分析样件焊接质量的重要标准，对焊接样件的熔池横截面的深度、宽度和微观结构的观测可以了解焊接接头的焊合程度、分析接头失效原因，有助于调整焊接工艺参数以获得性能良好的焊接接头。

现有技术中没有关于激光透射焊接塑料的熔池处理方法以供观测的清晰描述，以致于难以获得界面清晰的接头组织。如：

1、中国江苏大学研究团队观测了激光透射焊接透明和不透明PA66的熔池，参图2所示，观测结果表面粗糙，轮廓较为模糊，难以清晰地观测出熔池的形貌；

2、印度理工学院研究团队观测了激光透射焊接PE的熔池，参图3所示，观测结果轮廓不清晰，难以直观地观测熔池的形貌特征；

3、中国中南大学研究团队观测了掺杂玻璃纤维的PP和ABS激光焊接熔池形貌，参图4所示，观测结果模糊不清晰，需后期标记才能直观观测。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，所述熔池处理方法包括：

S1、对塑料板材进行激光透射焊接，焊接后进行切割得到包含熔池横截面观测平面的焊接样件；

S2、将焊接样件放入金相冷镶嵌材料中冷却凝固，得到观测样件；

S3、对观测样件进行研磨、抛光；

S4、对观测样件进行焊接熔池观测。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中金相冷镶嵌材料的制备方法为：

将丙烯酸粉末和液体强化剂混合搅拌后制备金相冷镶嵌材料。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：

将金相冷镶嵌材料加入中空的镶嵌模具中；

将焊接样件放入金相冷镶嵌材料顶部；

金相冷镶嵌材料冷却凝固后，得到观测样件。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中对观测样件进行研磨具体为：

将观测样件的观测平面在研磨机上使用粒度逐级增大的金相砂纸逐级研磨，并对观测样件进行清洗。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中对观测样件进行抛光具体为：

将观测样件置于抛光机上，采用抛光布和金相抛光机进行机械抛光。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2前还包括：

将焊接样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗1～10min；

将清洗后的焊接样件置于恒温鼓风干燥箱中烘干。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3后还包括：

将观测样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗1～10min；

将清洗后的观测样件置于恒温鼓风干燥箱中烘干。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中对塑料板材进行激光透射焊接具体为：

在两层塑料板材之间夹入金属焊接材料，通过激光透射焊接工艺对两层塑料板材进行焊接。

作为本发明的进一步改进，所述金属焊接材料为金属粉末和炭黑的混合粉末、或金属膜层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4包括：

对观测样件的熔池横截面深度、熔池横截面宽度和熔池横截面微观结构中的一种或多种进行观测。

本发明的有益效果是：

本发明的熔池处理方法易于操作，能获取界面清晰的观测图片，易于观察出塑料激光透射焊接熔池的形貌特征，对设备成本的要求较低，具有观测结果可靠、耗时短等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法的流程图；

图2为现有技术1中的观测图片；

图3为现有技术2中的观测图片；

图4为现有技术3中的观测图片；

图5为本发明实施例1中熔池处理后的观测图片；

图6为本发明实施例2中熔池处理后的观测图片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明公开了一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，包括：

S1、对塑料板材进行激光透射焊接，焊接后进行切割得到包含熔池横截面观测平面的焊接样件；

S2、将焊接样件放入金相冷镶嵌材料中冷却凝固，得到观测样件；

S3、对观测样件进行研磨、抛光；

S4、对观测样件进行焊接熔池观测。

优选地，步骤S1中对塑料板材进行激光透射焊接具体为：

在两层塑料板材之间夹入金属焊接材料，通过激光透射焊接工艺对两层塑料板材进行焊接。

作为本发明的进一步改进，所述金属焊接材料为金属粉末和炭黑的混合粉末、或金属膜层。

优选地，步骤S2具体为：

将金相冷镶嵌材料加入中空的镶嵌模具中；

将焊接样件放入金相冷镶嵌材料顶部；

金相冷镶嵌材料冷却凝固后，得到观测样件。

其中，金相冷镶嵌材料的制备方法为：

将丙烯酸粉末和液体强化剂混合搅拌后制备金相冷镶嵌材料。

优选地，步骤S3中对观测样件进行研磨具体为：

将观测样件的观测平面在研磨机上使用粒度逐级增大的金相砂纸逐级研磨，并对观测样件进行清洗。

优选地，步骤S4中对观测样件进行抛光具体为：

将观测样件置于抛光机上，采用抛光布和金相抛光机进行机械抛光。

进一步地，步骤S2前还包括：

将焊接样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗1～10min；

将清洗后的焊接样件置于恒温鼓风干燥箱中烘干。

步骤S3后还包括：

将观测样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗1～10min；

将清洗后的观测样件置于恒温鼓风干燥箱中烘干。

优选地，步骤S4包括：

对观测样件的熔池横截面深度、熔池横截面宽度和熔池横截面微观结构中的一种或多种进行观测。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

1、对透明PC塑料板进行激光透射焊接，下两层PC塑料板中间加入铝粉和炭黑混合粉末，铝粉和炭黑的质量比为1∶4，在焊接完成的样件上切割加工出包含熔池横截面观测平面的焊接样件；

2、将步骤1中的焊接样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗3分钟，放置于恒温鼓风干燥箱中烘干；

3、用丙烯酸粉末(GORAL/A90045)和液体强化剂(GORAL/A90340)按质量比1：1混合搅拌制成金相冷镶嵌材料，并置于圆柱体的镶嵌模具中，将步骤2中烘干后的焊接样件放入金相冷镶嵌材料顶部，待镶嵌材料冷却凝固后，形成圆柱体观测样件。本实施例中的镶嵌模具外径为34mm，内径为25mm，外高度为24mm，内高度为20mm，最终得到的圆柱体观测样件的高为20mm、直径为25mm；

4、将观测样件的观测平面在研磨机上依次使用150＃，500＃，1000＃，1500＃的金相砂纸逐级研磨，研磨后冲洗掉观测平面上的沙粒；

5、将研磨后的观测样件置于抛光机上，采用抛光布和金相抛光机(2.5微米粒度)进行机械抛光；

6、将抛光后的观测样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗3分钟，放置于恒温鼓风干燥箱中烘干；

7、对步骤6中的观测样件用显微镜进行焊接熔池观测，观测观测样件中的熔池横截面深度、熔池横截面宽度和熔池横截面微观结构等，本实施例中的观测图片参图5所示。

实施例2：

1、对透明PC塑料板进行激光透射焊接，下两层PC塑料板中间加入金属铝膜层，在焊接完成的样件上切割加工出包含熔池横截面观测平面的焊接样件；

2、将步骤1中的焊接样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗3分钟，放置于恒温鼓风干燥箱中烘干；

3、用丙烯酸粉末(GORAL/A90045)和液体强化剂(GORAL/A90340)按质量比1∶1混合搅拌制成金相冷镶嵌材料，并置于圆柱体的镶嵌模具中，将步骤2中烘干后的焊接样件放入金相冷镶嵌材料顶部，待镶嵌材料冷却凝固后，形成圆柱体观测样件。本实施例中的镶嵌模具外径为34mm，内径为25mm，外高度为24mm，内高度为20mm，最终得到的圆柱体观测样件的高为20mm、直径为25mm；

4、将观测样件的观测平面在研磨机上依次使用150＃，500＃，1000＃，1500＃的金相砂纸逐级研磨，研磨后冲洗掉观测平面上的沙粒；

5、将研磨后的观测样件置于抛光机上，采用抛光布和金相抛光机(2.5微米粒度)进行机械抛光；

6、将抛光后的观测样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗3分钟，放置于恒温鼓风干燥箱中烘干；

7、对步骤6中的观测样件用显微镜进行焊接熔池观测，观测观测样件中的熔池横截面深度、熔池横截面宽度和熔池横截面微观结构等，本实施例中的观测图片参图6所示。

对比本图5、图6与图2至图4可见，本发明基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法能够有效解决现有技术中难以获取界面清晰的接头界面组织的问题，本发明能使激光透射焊接熔池横截面清晰可见，从对焊接样件的熔池横截面的深度、宽度和微观结构的观测可以了解焊接接头的焊合程度，分析接头失效原因，有助于调整焊接工艺参数以获得性能良好的焊接接头。

由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

本发明的熔池处理方法易于操作，能获取界面清晰的观测图片，易于观察出塑料激光透射焊接熔池的形貌特征，对设备成本的要求较低，具有观测结果可靠、耗时短等优点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，其特征在于，所述熔池处理方法包括：

S1、对塑料板材进行激光透射焊接，焊接后进行切割得到包含熔池横截面观测平面的焊接样件；

步骤S1中对塑料板材进行激光透射焊接具体为：

在两层塑料板材之间夹入金属焊接材料，通过激光透射焊接工艺对两层塑料板材进行焊接；所述金属焊接材料为金属铝粉末和炭黑的混合粉末、或金属铝膜层；

S2、将焊接样件放入金相冷镶嵌材料中冷却凝固，得到观测样件；

步骤S2具体为：

将金相冷镶嵌材料加入中空的镶嵌模具中；

将焊接样件放入金相冷镶嵌材料顶部；

金相冷镶嵌材料冷却凝固后，得到观测样件；

其中，金相冷镶嵌材料的制备方法为：

将丙烯酸粉末和液体强化剂混合搅拌后制备金相冷镶嵌材料；S3、对观测样件进行研磨、抛光；

对观测样件进行研磨具体为：

将观测样件的观测平面在研磨机上使用粒度逐级增大的金相砂纸逐级研磨，并对观测样件进行清洗；

对观测样件进行抛光具体为：

将观测样件置于抛光机上，采用抛光布和金相抛光机进行机械抛光；

S4、对观测样件进行焊接熔池观测。

2.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，其特征在于，步骤S2前还包括：

将焊接样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗1~10min；

将清洗后的焊接样件置于恒温鼓风干燥箱中烘干。

3.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，其特征在于，步骤S3后还包括：

将观测样件置于无水乙醇中，用超声波清洗机清洗1~10min；

将清洗后的观测样件置于恒温鼓风干燥箱中烘干。

4.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接塑料的熔池处理方法，其特征在于，步骤S4包括：

对观测样件的熔池横截面深度、熔池横截面宽度和熔池横截面微观结构中的一种或多种进行观测。

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