CN115044304A - 一种安全工器具用激光表面固化粘接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，旨在通过先用脉冲激光预处理安全工器具待粘接表面，再利用连续波激光进行胶水固化粘接，解决传统的粘接出现不牢固、易脱落等问题，激光表面预处理及选取固化粘接可有效避免传统铆接对安全工器具表面的破坏，从而使电子标签牢固地粘接在电力安全工器具上，并且不破坏电力安全工器具的完整性，不影响安全工器具的电气及机械性能。

Description

一种安全工器具用激光表面固化粘接方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地，涉及一种安全工器具的粘接方法。

背景技术

随着电力领域中的国家电力设备的应用不断广泛，防止触电、灼伤、坠落、摔跌等事故发生的安全工器具，包括验电器、绝缘杆、绝缘罩、绝缘手套、绝缘靴等防止接触电压、跨步电压、泄漏电流电弧对操作人员造成伤害的一类绝缘安全工器具的应用也越来越广泛，安全工器具的的管理受到重视，以防止意外事故发生。

安全工器具的有效管理，一是通过制度规范，二是通过技术手段解决。通过对安全工器具的智能化技术手段解决，是一种有效方式。但是，目前电力公司缺少有效的技术手段，为便于智能化管理问题，安全工器具通过电子标签进行规范化管理，但电子标签一旦发生脱落，安全工器具的使用状态就无法查询了，只能作报废处理，不仅对安全工器具的规范管理造成影响，也会造成产品的大量浪费，甚至可能因为作业人员误用造成安全事故的发生。电子标签的现有粘接技术存在粘接的牢固性问题。

电力安全工器具电子标签在安全工器具表面的具体安装固定问题严重影响着安全工器具的智能化技术管理。传统的粘接安装方式容易出现不牢固、易脱落等问题，而采用铆接安装则需要在安全工器具表面穿孔，破坏了安全工器具原有表面的完整性，影响了安全工器具的电气及机械性能。

为此，急需一种应用于电力安全工器具的电子标签粘接技术方案来解决电子标签粘接强度的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，针对现有技术不足，本发明提供了一种安全工器具用激光表面固化粘接方法。

本发明通过先用脉冲激光预处理安全工器具待粘接表面，再利用连续波激光进行胶水固化粘接，激光表面预处理及选取固化粘接可有效避免传统铆接对安全工器具表面的破坏，又解决了传统的粘接出现不牢固、易脱落等问题，从而电子标签牢固地粘接在电力安全工器具上，并且不破坏电力安全工器具的完整性，不影响安全工器具的电气及机械性能。

本发明为解决其技术问题，提出的一种技术方案是：一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，包括以下步骤：

S1：对安全工器具待粘接表面进行清洗、干燥处理；

S2：调整脉冲激光工艺参数，将高能量脉冲激光束通过聚焦入射到安全工器具表面，利用高能量脉冲激光束与材料之间的气化作用在安全工器具表面预先形成微观表面织构，增大粘接结合处的表面积，在安全工器具上形成带微观表面织构的待粘接表面；

S3：将热敏绝缘胶水均匀涂覆在安全工器具与电子标签之间；

S4：调整连续波激光工艺参数，得到合适的光斑大小及能量密度，通过连续波激光束照射到待粘接表面边缘处，热量传递到粘接界面的热敏绝缘胶水，使热敏绝缘胶水快速固化粘接。

安全工器具包括但不仅限安全头盔。表面预处理中所用激光由脉冲激光器产生，激光表面处理成激光表面织构化，经激光表面处理后待粘接表面变粗糙、其结合处表面积增加以提高粘接强度，固化粘接所用激光由连续波激光器产生。

上述技术方案中，进一步地，所述S1中所述清洗、干燥处理使待粘接表面区域不存在杂质，以不存在可见杂质为限。

进一步地，所述S2中的脉冲激光工艺参数为：激光功率为30W；扫描速度为8000mm/s至9000mm/s；频率为50kHz；线间距为0.18mm；激光焦距为198mm；离焦量为0；所用脉冲激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为115μm。

所述S2中所述微观表面织构，为脉冲激光作用下形成的规则的凹坑，增大了表面粗糙度。所述工艺参数为脉冲激光器激光功率、扫描速度、频率、线间距、离焦量等。

胶水涂覆效果以胶水在粘接边缘处少量外溢为最佳涂覆。

进一步地，所述S4中的连续波激光工艺参数为：激光功率为80W；扫描速度为3000mm/s；激光焦距为517mm；离焦量为-57mm；所用连续波激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为256μm。所述激光选区固化方法包括但不仅限激光直接照射胶水固化粘接。

进一步地，所述S2步骤后，调整脉冲激光工艺参数，脉冲激光束在微观表面织构表面上再次气化作用，进一步增大粘接结合处的接触面。

进一步地，所述S4步骤，采用轮廓扫描粘接的方式。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.经过本发明上述步骤激光表面固化粘接后的安全工器具与电子标签之间的粘接性能大幅度提升，有效地解决了电子标签粘接到安全工器具的牢固性的技术问题，避免了传统铆接对安全工器具表面的破坏，不影响安全工器具的原有电气及机械性能。

2.本发明利用脉冲激光对安全工器具表面进行织构化预处理，获得清洁粗糙的待粘接表面，增大了待粘接表面的接触表面积，从而大大提高了粘接强度，解决了粘接不牢固的技术问题。

3.本发明在脉冲激光预处理后的待粘接表面上通过连续波激光导热固化胶水进行粘接，解决了连续快速粘接的问题，从而提高了粘接强度，解决了粘接后易脱落的技术问题。

4.本发明通过调整激光的参数变化，可以更好地适应不同的安全工器具场景。如仅调整扫描速度参数，即可应用于不同材质的安全头盔的粘接。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，不应构成对本发明的不当限定。附图标号中的术语，仅仅是为了更方便地描述和解释本发明，不应理解为任何附加限制。

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明简化的方法流示意图。

图3为本发明中安全头盔待粘接表面预处理后表面微观形貌图。

图4为本发明中安全头盔与电子标签粘接形貌图。

附图标记：1、安全头盔；2、热敏胶水；3、电子标签。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，以便更清楚、直观地理解该发明。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些简化及说明可能省略是可以理解的。附图中描述的位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明的发明人发现，在电力系统安全稳定运行中，安全工器具种类繁多，其材质、形状、外表面不尽相同，但现有电子标签的类型有限，采用传统粘接安装方式的电子标签易脱落。为解决易脱落问题，采用将电子标签铆接在安全工器具上的方式。这个铆接方式可以解决电子标签易脱落的问题，但由于安全工器具本身是一种具有一定技术指标要求的产品，有一定的电气性能要求和机械性能要求的产品，而通过铆接方式会直接破坏安全工器具的表面结构，影响到安全工器具的本身性能。电子标签在安全工器具上不同的安装方式会对安全工器具的机械及电气性能产生不同程度上的影响。

基于此，本发明人通过采用激光对安全工器具的粘接表层进行粗糙度处理，从而提高粘接强度，实现粘接后的电子标签不会脱落的目的。同时，为了增加粘接强度，对安全工器具的粘接表面做好预处理，实现去除杂质，从而增加粘接强度。为了提高粘接效果，可采用激光对热敏胶水加热实现固化粘接方式来快速粘接。另外，调整适合的激光波长进行表层处理，可适应不同的粘接场景。

实施例1.

参见图1和图2，本实施例1实现的安全工器具用激光表面固化粘接方法，包括以下步骤：

S1：对安全工器具待粘接表面进行清洗、干燥处理。

所述安全工器具以安全头盔为例，安全头盔可以为由有机材料、无机材料的各种材料形成的，如玻璃钢安全帽，改性聚丙烯塑料安全帽。所述清洗可采用水枪直接冲洗，也可采用水脉冲清理等措施，以达到清洗除去杂质为目的。所述干燥可采用加热干燥机烘干，也可采用直接热风吹干等措施，以达到干燥后不留杂质为目的。

S2：调整脉冲激光工艺参数，将高能量脉冲激光束通过聚焦入射到安全工器具表面，利用高能量脉冲激光束与材料之间的气化作用在安全工器具表面预先形成微观表面织构，增大粘接结合处的表面积，在安全工器具上形成带微观表面织构的待粘接表面。

所述表面预处理中所用激光由脉冲激光器产生，激光表面织构化。

S3：将热敏绝缘胶水均匀涂覆在安全工器具与电子标签之间。

所述热敏绝缘胶水是指热熔型粘合剂，可以为由聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯—醋酸乙烯共聚物等。均匀涂覆是指涂在安全工器具与电子标签之间的间隙内，至少电子标签的边缘处都涂有胶水，以达到足够的粘接强度。

S4：调整连续波激光工艺参数，得到合适的光斑大小及能量密度，通过连续波激光束照射到待粘接表面边缘处，热量传递到粘接界面的热敏绝缘胶水，使热敏绝缘胶水快速固化粘接。

所述固化粘接所用激光由连续波激光器产生。

本实施例1的安全头盔为ABS塑料材质，电子标签为硅胶材质封装。

实施过程可以为安全头盔与电子标签表面经过清洗、干燥处理后，将安全头盔固定在夹具上，将待处理表面放置于脉冲激光头下方，确保脉冲激光束可以作用在安全头盔的待粘接表面上。根据安全头盔的待处理表面的材质不同，调整激光器相应的工艺参数对安全头盔作业。

在本实施例1中，对于脉冲激光的工艺参数是否符合要求，可以通过观察安全头盔的待粘接表面的结构形状来判断。

在本实施例1中，对于连接波激光的工艺参数是否符合要求，可以通过观察胶水热熔后是否充满电子标签轮廓来判断。

本实施例1通过采用上述步骤对安全头盔进行粗糙度处理，以及对热敏绝缘胶水进行加热固定，从而实现粘接后的电子标签不会脱落的技术目的。

实施例2。

参见图1、图2、图3和图4，本实施例2在实施例1的基础上，实现的安全工器具用激光表面固化粘接方法，所述安全工器具以玻璃钢安全帽为例，玻璃钢安全帽是不饱和聚脂树脂和高强度玻璃纤维为主要原料的安全帽。

所采用的脉冲激光工艺参数为：激光功率为30W；扫描速度为8000mm/s；频率为50kHz；线间距为0.18mm；激光焦距为198mm；离焦量为0；所用脉冲激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为115μm。

针对玻璃钢安全帽，优选采用激光功率为30W，扫描速度为8000mm/s。如果应用于其他材质的安全帽时，如聚丙烯塑料安全帽等，材质相对较软时，激光功率可以根据实际情况适量调低，扫描速度适量调快。

如图3所示，为上述工艺参数下得到的安全头盔待粘接预处理表面微观形貌图。可以直观地从微观表面织构中可以看到，脉冲激光作用下形成的规则的凹坑，表面粗糙。

该预处理表面与之前未处理表面相比，其表面粗糙度与表面积大大增加，以此来提高粘接强度。

所采用的连续波激光工艺参数为：激光功率为80W；扫描速度为3000mm/s；激光焦距为517mm；离焦量为-57mm；所用连续波激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为256μm。

热敏热熔胶选用市场上可以采购到的通用产品，优选采用激光功率为80W，扫描速度为3000mm/s。

实施过程可以为玻璃钢安全帽与电子标签表面经过清洗、干燥处理后，用脉冲激光器激光功率为30W，扫描速度为8000mm/s，频率为50kHz，线间距为0.18mm，激光焦距为198mm，离焦量为0，对玻璃钢安全帽进行局部粗糙化；将热敏胶水均匀涂覆电子标签与安全头盔之间的待粘接预处理表面上，利用夹具将安全头盔进行固定，并对电子标签施加一定压力。将固定好的安全头盔与电子标签放置在连续波激光器下，调整连续波激光器激光功率为80W，扫描速度为3000mm/s，激光焦距为517mm，离焦量为-57mm，将连续激光束光斑验证粘接边缘处进行照射，通过热传导效应使热量传递到粘接界面间的热敏胶水内，使其受热快速固化，形成牢固可靠的粘接界面。

通过上述实施步骤后，得到如图4所示，安全头盔与电子标签粘接形貌图。图中呈现白色的区域为电子标签3，底部呈灰色的区域为安全头盔1的局部，中间呈灰度的区域为热敏胶水2。通过该图可以看出电子标签牢固地粘接在电力安全工器具上，并且不影响电力安全工器具的完整性和电性能。

本实施例2通过采用上述步骤对安全头盔进行粗糙度处理，以及对热敏绝缘胶水进行加热固定，从而实现牢固粘接。

实施例3。

参见图1、图2、图3和图4，本实施例3在实施2的基础上，实现的安全工器具用激光表面固化粘接方法，包括以下步骤：

第一步：对安全工器具待粘接表面进行清洗、干燥处理。

第二步：调整脉冲激光工艺参数，将高能量脉冲激光束通过聚焦入射到安全工器具表面，利用高能量脉冲激光束与材料之间的气化作用在安全工器具表面预先形成微观表面织构，增大粘接结合处的表面积，在安全工器具上形成带微观表面织构的待粘接表面。

第三步：调整脉冲激光工艺参数，脉冲激光束在微观表面织构表面上再次气化作用，进一步增大粘接结合处的接触面。

第四步：将热敏绝缘胶水均匀涂覆在待粘接表面与电子标签之间。

第五步：调整连续波激光工艺参数，得到合适的光斑大小及能量密度，通过连续波激光束照射到待粘接表面边缘处，热量传递到粘接界面的热敏绝缘胶水，使热敏绝缘胶水快速固化粘接。

与实施例2相比，进行了多次不同工艺参数的脉冲激光的气化步骤。

本实施例3实行了二次气化步骤，当然根据安全工器具的材质的不同特性，可以根据实际情况采用相应的气化次数，以形成更宽的粘接接触面。

本实施例3的首次气化的脉冲激光工艺参数为激光功率为30W；扫描速度为8000mm/s；频率为50kHz；线间距为0.18mm；激光焦距为198mm；离焦量为0；所用脉冲激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为115μm。

本实施例3的再次气化的脉冲激光工艺参数为激光功率为30W；扫描速度为9000mm/s；频率为50kHz；线间距为0.18mm；激光焦距为198mm；离焦量为0；所用脉冲激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为115μm。

本实施例3通过采用上述步骤对安全工器具进行多次粗糙度处理，从而增大了粘接的接触面积，进一步增强了粘接强度，从而实现粘接牢固的技术效果。

实施例4。

参见图4，本实施例4在实施2的基础上，实现的安全工器具用激光表面固化粘接方法，所述的步骤中，将热敏绝缘胶水均匀涂覆在安全工器具与电子标签之间。均匀涂覆以胶水在粘接边缘处外溢为限。

该实施例4采用轮廓扫描粘接的方式进行粘接。

激光粘接对安全工器具与电子标签的性能影响主要源于激光效率、扫描速度和扫描轨迹。在保证粘接质量的前提下，考虑激光功率、扫描速度和激光粘接扫描轨迹对电子标签可识读性能的影响，优选轮廓粘接是最安全可靠的。

当然，与其相比，还可以采用其他粘接方式如掩膜粘接、同步粘接等。

该实施例4通过采用激光对热敏胶水加热进行轮廓固化粘接，可使粘接过程更安全更可靠，粘接效果很好。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及步骤调整，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对安全工器具待粘接表面进行清洗、干燥处理；

S2：调整脉冲激光工艺参数，将高能量脉冲激光束通过聚焦入射到安全工器具表面，利用高能量脉冲激光束与材料之间的气化作用在安全工器具表面预先形成微观表面织构，增大粘接结合处的表面积，在安全工器具上形成带微观表面织构的待粘接表面；

S3：将热敏绝缘胶水均匀涂覆在待粘接表面与电子标签之间；

S4：调整连续波激光工艺参数，得到合适的光斑大小及能量密度，通过连续波激光束照射到待粘接表面边缘处，热量传递到粘接界面的热敏绝缘胶水，使热敏绝缘胶水快速固化粘接。

2.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于：所述S1中的所述清洗、干燥处理，以使待粘接表面区域不存在可见杂质为限。

3.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于，所述S2中的脉冲激光工艺参数为：激光功率为30W；扫描速度为8000mm/s至9000mm/s；频率为50kHz；线间距为0.18mm；激光焦距为198mm；离焦量为0；所用脉冲激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为115μm。

4.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于：所述S2中的所述微观表面织构，为脉冲激光作用下形成的规则的凹坑，表面粗糙。

5.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于：所述S3均匀涂覆以胶水在粘接边缘处外溢为限。

6.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于，所述S4中的连续波激光工艺参数为：激光功率为80W；扫描速度为3000mm/s；激光焦距为517mm；离焦量为-57mm；所用连续波激光器光斑为圆形光斑，光斑直径为256μm。

7.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于：所述S2步骤后，调整脉冲激光工艺参数，脉冲激光束在微观表面织构表面上再次气化作用，进一步增大粘接结合处的接触面。

8.根据权利要求1所述的一种安全工器具用激光表面固化粘接方法，其特征在于：所述S4步骤，采用轮廓扫描粘接的方式。

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