CN114367739A - 复合激光同步塑料焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种复合激光同步塑料焊接方法，该方法包括：开启半导体光源模块中的中红外激光光纤，中红外激光光纤照射出具有预设波长的中红外激光，为待焊接塑料进行预热，开启半导体光源模块中的红外激光光纤，红外激光光纤照射出具有预设波长的红外激光，对待焊接塑料进行焊接。通过利用中红外激光和红外激光这两种激光进行复合激光同步焊接，复合激光同步焊接有利于提高焊接效率，中红外激光还可以提供部分焊接能量，并且复合激光同步焊接可以消除产品间隙，减少产品气孔及未熔合缺陷，同时通过软化减小产品内应力，提高焊缝质量及产品寿命。
Description
技术领域
本发明涉及激光塑料焊接领域，尤其涉及一种复合激光同步塑料焊接方法。
背景技术
激光塑料焊接是一种重要的塑料焊接方法，其焊接过程中无碎屑、无震动，是一种清洁高效高质量的柔性塑料加工方法，在汽车、医疗、电子等方面有着重要的应用。由于塑料注塑件产品存在公差，对于刚性较好的材料在焊接压合过程中压合位置通常存在间隙，常规的激光塑料焊接在有间隙的情况下会产生结合不良的缺陷。目前塑料激光焊接常见的方法有轮廓焊接、准同步焊接、掩膜焊接、同步焊接等，同步焊接是指在所需焊接位置布满光纤，焊接时同时出光焊接，具有高效率和高焊接性能的特点。目前同步焊接主要是红外光源模块，焊接时由于需保证产品完全贴合，当产品存在间隙时易造成气孔、未融合等缺陷。塑料焊接上下层产品成型时不可避免会存在尺寸偏差，影响产品贴合。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出了一种复合激光同步塑料焊接方法，用于解决现有技术中塑料焊接上下层产品成型时存在间隙和尺寸偏差的问题。
一种复合激光同步塑料焊接方法，所述方法包括：
开启半导体光源模块中的中红外激光光纤，所述中红外激光光纤照射出具有预设波长的中红外激光，为所述待焊接塑料进行预热；
开启半导体光源模块中的红外激光光纤，所述红外激光光纤照射出具有预设波长的红外激光，对所述待焊接塑料进行焊接。
可选的，所述待焊接塑料包括透明材料和吸光材料，所述透明材料和所述吸光材料重叠放置，当所述待焊接塑料放置于焊接模具中时，所述透明材料朝向所述半导体光源模块。
可选的，所述焊接模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具上下配合放置，所述上模具和下模具中间形成腔体，所述待焊接塑料放置于所述腔体中。
可选的，所述上模具包括固定块和压块，所述固定块与所述压块重叠设置，并且所述固定块朝向并靠近所述半导体光源模块，所述压块朝向并靠近所述透明材料。
可选的，所述固定块具有光纤接口，所述半导体光源模块的所述中红外激光光纤和所述红外激光光纤通过所述光纤接口与所述上模具插接固定。
可选的，所述压块具有反射腔体，所述反射腔体位于所述压块的中间区域，并且与所述光纤接口相对设置。
可选的，所述光纤接口与反射腔体连通，且位于所述光纤接口内的半导体光源模块发出的激光将穿过所述反射腔体入射在所述透明材料上。
可选的，所述反射腔体为锥形金属腔体。
可选的，所述中红外激光光纤和所述红外激光光纤按照预设间隔交替分布。
可选的，所述开启半导体光源模块中的中红外激光光纤之后还包括：
使用治具对所述透明材料和所述吸光材料进行压合。
采用本发明实施例，具有如下有益效果：
采用本发明实施例，一种复合激光同步塑料焊接方法，该方法包括：开启半导体光源模块中的中红外激光光纤，中红外激光光纤照射出具有预设波长的中红外激光，为待焊接塑料进行预热，开启半导体光源模块中的红外激光光纤，红外激光光纤照射出具有预设波长的红外激光，对待焊接塑料进行焊接。通过利用中红外激光和红外激光这两种激光进行复合激光同步焊接，复合激光同步焊接有利于提高焊接效率，中红外激光还可以提供部分焊接能量，并且复合激光同步焊接可以消除产品间隙，减少产品气孔及未熔合缺陷，同时通过软化减小产品内应力，提高焊缝质量及产品寿命。
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。
其中：
图1为本申请实施例中复合激光同步塑料焊接方法的流程示意图；
图2为本申请实施例中复合激光同步塑料焊接方法的示意图；
图3为本申请实施例中复合激光同步塑料焊接方法上摸的剖面图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本申请实施例中复合激光同步塑料焊接方法的流程示意图，该方法包括：
步骤101、开启半导体光源模块中的中红外激光光纤，所述中红外激光光纤照射出具有预设波长的中红外激光，为所述待焊接塑料进行预热；
步骤102、开启半导体光源模块中的红外激光光纤，所述红外激光光纤照射出具有预设波长的红外激光，对所述待焊接塑料进行焊接。
在本申请实施例中，待焊接塑料由透明材料202和吸光材料203组成，并且透明材料202和吸光材料203重叠放置，将待焊接的重叠放置的透明材料202和吸光材料203放入焊接模具的上模具和下模具配合组成的腔体内，其中，上模具包括固定块303和压块305，固定块303具有光纤接口304，压块305具有反射腔体306，半导体光源模块具有中红外激光光纤301和红外激光光纤302，当待焊接塑料放入焊接模具中准备好之后，将半导体光源模块的光纤部分通过上模具的光纤接口304插接固定，先开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301照射中红外激光，中红外激光通过反射腔体306直接照射到待焊接塑料表面对待焊接塑料进行预热，待预热完成后，再开启红外激光光纤302照射红外激光，红外激光通过反射腔体306直接照射到待焊接塑料表面对待焊接塑料进行加热焊接。
在本申请实施例中，一种复合激光同步塑料焊接方法，该方法包括：开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301，中红外激光光纤301照射出具有预设波长的中红外激光，为待焊接塑料进行预热，开启半导体光源模块中的红外激光光纤302，红外激光光纤302照射出具有预设波长的红外激光，对待焊接塑料进行焊接。通过利用中红外激光和红外激光这两种激光进行复合激光同步焊接，复合激光同步焊接有利于提高焊接效率，中红外激光还可以提供部分焊接能量；通过中红外激光光纤301和红外激光光纤302的配合使用，使得待焊接塑料的软化速度更快并且软化效果更好，因此，在待焊接塑料软化后，通过治具进行压合时就可以消除产品间隙，减少产品气孔及未熔合缺陷，同时通过利用中红外激光和红外激光这两种激光进行复合激光同步焊接来软化待焊接塑料能够减小产品内应力，进而提高焊缝质量，同时产品寿命也得到了相应的提高。
为了更好的理解本申请实施例中的技术方案，请参阅图2，为本申请实施例中复合激光同步塑料焊接方法的示意图。
在本申请实施例中，待焊接塑料包括透明材料202和吸光材料203，透明材料202和吸光材料203重叠放置，当待焊接塑料放置于焊接模具中时，透明材料202朝向半导体光源模块。
可以理解的是，当开启半导体光源模块中的激光光纤时，激光光纤照射出的激光会直接照射在待焊接塑料的透明材料202表面上，当开启中红外激光光纤301对待焊接塑料进行预热时，中红外激光光纤照射出的中红外激光的波长为1710nm，透明材料202对1710nm的中红外激光的吸收率高，能够使透明材料202快速积累能量升高温度，进而实现对透明材料的软化作用，在透明材料202软化完成预热之后会开启红外激光光纤302，红外激光光纤302照射出的红外激光的波长为915nm，在1710nm的中红外激光的辅助加热作用下，915nm的红外激光对待焊接塑料进行焊接。
在本申请实施例中，一种复合激光同步塑料焊接方法，该方法包括：开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301，中红外激光光纤301照射出具有预设波长的中红外激光，为待焊接塑料进行预热，开启半导体光源模块中的红外激光光纤302，红外激光光纤302照射出具有预设波长的红外激光，对待焊接塑料进行焊接。待焊接塑料包括透明材料202和吸光材料203，通过使用特定波长1710nm中红外激光和915nm红外激光对待焊接塑料进行焊接，充分利用了透明材料202对1710nm中红外激光的高吸收率对待焊接塑料的透明材料202部分进行预热软化，并在预热完成后同时开启915nm的红外激光光纤302对待焊接塑料进行加热焊接，在控制上可控制1710nm中红外激光先出光，待透明材料202软化后使用915nm红外激光进行焊接，焊接时同时出光，进而在1710nm中红外激光的辅助作用下，为915nm红外激光进行焊接时提供部分焊接能量，实现了更好的待焊接塑料软化效果，从而提高了焊接下陷量。
为了更好的理解本申请实施例中的技术方案，请参阅图3，为本申请实施例中复合激光同步塑料焊接方法上摸的剖面图。
在本申请实施例中，焊接模具包括上模具和下模具，上模具和下模具上下配合放置，上模具和下模具中间形成腔体，待焊接塑料放置于腔体中。
在本申请实施例中，上模具包括固定块303和压块305，固定块303与压块305重叠设置，并且固定块303朝向并靠近半导体光源模块，压块305朝向并靠近透明材料202。
在本申请实施例中，固定块303具有光纤接口304，半导体光源模块的中红外激光光纤301和红外激光光纤302通过光纤接口304与上模具插接固定。
在本申请实施例中，压块305具有反射腔体306，反射腔体306位于压块305的中间区域，并且与光纤接口304相对设置。
在本申请实施例中，光纤接口304与反射腔体306连通，且位于光纤接口304内的半导体光源模块发出的激光将穿过反射腔体306入射在透明材料202上。
在本申请实施例中，反射腔体306为锥形金属腔体。
在本申请实施例中，中红外激光光纤301和红外激光光纤302按照预设间隔交替分布。
在本申请实施例中，开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301之后还包括：使用治具对透明材料202和吸光材料203进行压合。
在本申请实施例中，待焊接塑料由透明材料202和吸光材料203组成，并且透明材料202和吸光材料203重叠放置，将待焊接的重叠放置的透明材料202和吸光材料203放入焊接模具的上模具和下模具配合组成的腔体内，其中，上模具包括固定块303和压块305，固定块303具有光纤接口304，压块305具有反射腔体306，半导体光源模块具有中红外激光光纤301和红外激光光纤302，中红外激光光纤301照射出的中红外激光的波长为1710nm，红外激光光纤302照射出的红外激光的波长为915nm，当待焊接塑料放入焊接模具中准备好之后，将半导体光源模块的光纤部分通过上模具的光纤接口304插接固定，先开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301照射中红外激光，中红外激光通过反射腔体306直接照射到待焊接塑料表面对待焊接塑料进行预热，待预热完成后，再开启红外激光光纤302照射红外激光，红外激光通过反射腔体306直接照射到待焊接塑料表面对待焊接塑料进行加热焊接。
其中，焊接模具的上模具包括固定块303和压块305，固定块303具有光纤接口304，压块305具有反射腔体306，半导体光源模块的光纤部分通过上模具的固定块303的光纤接口304使得半导体光纤模块和焊接模具插接固定，压块305具有的反射腔体306为锥形金属腔体，当半导体激光模块的激光光纤被开启后，激光光纤照射出来的激光会通过反射腔体306照射到待焊接塑料的表面上，将反射腔体306设置成锥形金属腔体的目的在于可以利用腔体的形状和材质使得部分不能直接照射到待焊接塑料上的激光光束通过反射腔体306的内壁实现全反射，进而可以实现半导体光源模块中的中红外激光光纤301和红外激光光纤302照射出来的中红外激光和红外激光能够全部照射到待焊接塑料表面，同时反射腔体306所具有的金属材质具有导热的效果，能够使得中红外激光和红外激光通过反射腔体306时给焊接模具的上模具带来的热量进行导出。
进一步地，半导体光源模块具有中红外激光光纤301和红外激光光纤302，中红外激光光纤301照射出的中红外激光的波长为1710nm，红外激光光纤302照射出的红外激光的波长为915nm，其中，1710nm中红外激光光纤301与915nm红外激光光纤302间隔排布，保证了1710nm中红外激光光纤301排布可有效对待焊接塑料进行预热软化，同时保证了915nm红外激光光纤302可覆盖所有焊接轨迹，其中，1710nm中红外激光光纤301与915nm红外激光光纤302间距为2-4mm进行间隔排布，1710nm中红外激光和915nm红外激光通过中红外激光光纤301和红外激光光纤302进入反射腔体306，而后1710nm中红外激光和915nm红外激光出反射腔体306后直接照射到待焊接塑料表面，为保证反射腔体306导热，反射腔体306为金属腔，反射腔体306底部开孔大小根据待焊接塑料焊缝宽度进行定制更改，宽度约为1-3mm，反射腔体306底部紧贴待焊接塑料，反射腔体306底部出光口位置与待焊接塑料待焊接位置分布一致，使待焊接塑料待焊接位置上方全部布满激光光纤。
进一步地，待焊接塑料由透明材料202和吸光材料203组成，并且透明材料202和吸光材料203重叠放置，将待焊接的重叠放置的透明材料202和吸光材料203放入焊接模具的上模具和下模具配合组成的腔体内，其中，上模具包括固定块303和压块305，固定块303具有光纤接口304，压块305具有反射腔体306，半导体光源模块具有中红外激光光纤301和红外激光光纤302，中红外激光光纤301照射出的中红外激光的波长为1710nm，红外激光光纤302照射出的红外激光的波长为915nm，当待焊接塑料放入焊接模具中准备好之后，将半导体光源模块的光纤部分通过上模具的光纤接口304插接固定，先开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301照射中红外激光，中红外激光通过反射腔体306直接照射到待焊接塑料表面对待焊接塑料进行预热，待预热完成后，利用治具对预热完成后的待焊接塑料进行压合，在治具压合力的作用下可以消除透明材料202和吸光材料203之间的间隙，保证透明材料202和吸光材料203之间的贴合，再开启红外激光光纤302照射红外激光，红外激光通过反射腔体306直接照射到待焊接塑料表面对待焊接塑料进行加热焊接。
进一步地，控制1710nm中红外激光和915nm红外激光的输出时间，使密布的多束1710nm中红外激光先开启对产品进行预热，作用时间约为100-1000ms，1710nm中红外激光被上层透明材料202吸收后，透明材料202温度升高软化，在治具压合下消除透明材料202和吸光材料203之间的间隙，然后再与密布的多束915nm红外激光共同出光焊接，冷却后移开焊接模具的上模具形成有效焊接。
在本申请实施例中，一种复合激光同步塑料焊接方法，该方法包括：开启半导体光源模块中的中红外激光光纤301，中红外激光光纤301照射出具有预设波长的中红外激光，为待焊接塑料进行预热，开启半导体光源模块中的红外激光光纤302，红外激光光纤302照射出具有预设波长的红外激光，对待焊接塑料进行焊接。待焊接塑料包括透明材料202和吸光材料203，通过使用特定波长1710nm中红外激光和915nm红外激光对待焊接塑料进行焊接，充分利用了透明材料202对1710nm中红外激光的高吸收率对待焊接塑料的透明材料202部分进行预热软化，并在预热完成后利用治具对完成预热的待焊接塑料进行压合，在治具压合力的作用下可以消除透明材料202和吸光材料203之间的间隙，保证透明材料202和吸光材料203之间的贴合，同时开启915nm的红外光纤对待焊接塑料进行加热焊接，在控制上可控制1710nm中红外激光先出光，待透明材料202软化后使用915nm红外激光进行焊接，焊接时同时出光，进而在1710nm中红外激光的辅助作用下，可提高焊接下陷量及提供部分焊接能量，通过利用1710nm中红外激光和915nm红外激光的复合焊接可以消除待焊接塑料的透明材料202和吸光材料203之间的间隙，减少透明材料202和吸光材料203之间的气孔及未熔合缺陷，同时通过软化减小透明材料202和吸光材料203之间的内应力，提高焊缝质量及焊接塑料的寿命，同步1710nm中红外激光和915nm红外激光的复合焊接还有利于提高焊接效率，辅助1710nm中红外激光可以提供部分焊接能量，同时1710nm中红外激光对于上层透明材料202吸收率较高，避免单一915nm红外激光光源焊接时下层吸光材料203吸光后升温热传导熔化上层透明材料202造成下层吸光材料203过烧情况，有助于提升焊接质量，并且通过将反射腔体306设置为锥形金属腔体，实现了反射腔体306对激光的全反射，使得激光通过反射腔体306后能够直接照射在待焊接塑料表面进行焊接。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
开启半导体光源模块中的中红外激光光纤，所述中红外激光光纤照射出具有预设波长的中红外激光，为所述待焊接塑料进行预热；
开启半导体光源模块中的红外激光光纤，所述红外激光光纤照射出具有预设波长的红外激光，对所述待焊接塑料进行焊接。
2.根据权利要求1所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述待焊接塑料包括透明材料和吸光材料，所述透明材料和所述吸光材料重叠放置，当所述待焊接塑料放置于焊接模具中时，所述透明材料朝向所述半导体光源模块。
3.根据权利要求1所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述焊接模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具上下配合放置，所述上模具和下模具中间形成腔体，所述待焊接塑料放置于所述腔体中。
4.根据权利要求3所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述上模具包括固定块和压块，所述固定块与所述压块重叠设置，并且所述固定块朝向并靠近所述半导体光源模块，所述压块朝向并靠近所述透明材料。
5.根据权利要求4所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述固定块具有光纤接口，所述半导体光源模块的所述中红外激光光纤和所述红外激光光纤通过所述光纤接口与所述上模具插接固定。
6.根据权利要求5所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述压块具有反射腔体，所述反射腔体位于所述压块的中间区域，并且与所述光纤接口相对设置。
7.根据权利要求6所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述光纤接口与反射腔体连通，且位于所述光纤接口内的半导体光源模块发出的激光将穿过所述反射腔体入射在所述透明材料上。
8.根据权利要求6所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述反射腔体为锥形金属腔体。
9.根据权利要求1所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述中红外激光光纤和所述红外激光光纤按照预设间隔交替分布。
10.根据权利要求1所述的复合激光同步塑料焊接方法，其特征在于，所述开启半导体光源模块中的中红外激光光纤之后还包括：
使用治具对所述透明材料和所述吸光材料进行压合。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115157690A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-10-11 | 苏州大学 | 双波长激光协同实现异种透明塑料连接的方法及装置 |
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2020
- 2020-10-14 CN CN202011095381.8A patent/CN114367739A/zh active Pending
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