CN116872504A - 一种用于塑料和金属的焊接方法 - Google Patents
一种用于塑料和金属的焊接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116872504A CN116872504A CN202310750928.0A CN202310750928A CN116872504A CN 116872504 A CN116872504 A CN 116872504A CN 202310750928 A CN202310750928 A CN 202310750928A CN 116872504 A CN116872504 A CN 116872504A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- laser
- workpiece
- bubbles
- plastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 222
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 53
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 20
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 13
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 4
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/16—Laser beams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
- B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于塑料和金属的焊接方法,通过第一次焊接，设置特定的离焦量、频率及第一激光功率，产生气泡，形成有效的焊接区域；通过第二次焊接，设置特定的离焦量、频率及第一激光功率，使得第一次焊接后形成的焊缝边缘在第二次焊接时塑料发生再次熔化，这样气泡被焊缝区域再次熔化的塑料填充的同时，其内部的气体就可以从再次熔化的焊缝边缘逸出，既保证了焊接强度，又避免了气泡对焊缝的影响，很好的解决了塑料与金属之间的焊接问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光的应用，具体说是一种用于塑料和金属的焊接方法。
背景技术
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。激光焊接是一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法。
许多汽车和生物医学产品都是由多种高分子材料(或塑料)和轻质金属(或金属合金/陶瓷)组合制成，这样可以充分发挥不同类型材料的优点。但是事实上，由于高分子材料与金属的物理及化学性能存在着较大的差异，导致使用传统常规的焊接方法很难获得质量可靠的焊缝。
激光焊接是一个快速加热及快速冷却的过程，其特性决定了焊缝的成分及组织的不均匀性，由此导致了产生一系列焊接缺陷的可能性，如：气孔、裂纹、夹杂物。气孔是激光焊接中最常见的一种缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在气孔的问题。
气孔的形成主要有3种原因：(1)焊接对象的高温分解；(2)过渡层孔隙中的气体；(3)保护气体的卷入。形成气孔的机理是：熔池中的液态金属在高温下溶解了较多气体，被焊过渡层孔隙中的气体也随之进入熔池。随着温度的下降，气体溶解度下降，气体析出。若析出的气体上浮速度小于熔池的凝固速度，就会在焊缝内形成气孔。
现有技术中公开了一种去除焊缝气泡的用于塑料和金属的焊接方法，该方法通过设置待焊接试样的对接部位底部悬空后，在其下方预置交流电磁场，并在激光焊接过程中设置试样上方的激光焊接工作头与试样下方的交流电磁场保持静止，且激光束聚焦于铝合金上表面、磁场作用范围始终覆盖整个熔池区域直至完成激光深熔焊接，从而保证焊缝熔深不变的同时，最大程度使焊缝气孔率降低。
上述现有技术中的方法，需要额外利用专门的装置来消除焊缝气泡，使得整个激光焊接装置的结构更为复杂，操作更为繁琐，成本更加高昂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于塑料和金属的焊接方法，用于解决现有技术中存在气泡的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将待焊接的工件一及工件二装夹，所述工件一与所述工件二相接触的位置形成焊缝；调节激光发射装置的离焦量、频率及第一激光功率；所述工件一为塑料，所述工件二为金属；
S2启动所述激光发射装置，所述激光发射装置发出的激光光束照射在所述焊缝上，并沿预设的所述焊缝移动，至所述焊缝处形成熔池，即停止激光照射；
S3保持所述工件一与所述工件二夹紧贴合的状态，并静置冷却；
S4调节所述激光发射装置的第二激光功率，再次启动所述激光发射装置，所述激光发射装置发出的激光光束照射在所述焊缝上，并使所述激光发射装置发出的激光光束沿步骤S2中的激光光束的移动轨迹进行移动；
S5若所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；若所述焊缝内仍有气泡，重复步骤S3-S4，至所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；
步骤S4中的所述第二激光功率小于步骤S2中的所述第一激光功率，且所述第二激光功率使得激光光束产生的热量大于或等于所述工件一的熔点，所述第二激光功率使得激光光束产生的热量小于所述工件一发生分解的温度。
优选地，所述步骤S4中第二次焊接的负离焦量大于所述步骤S1中第一次焊接的负离焦量，所述第一次焊接的负离焦量-5mm～-30mm。
优选地，所述步骤S1中，调节所述第一激光功率，使焊接过程能产生连接并有适量气泡。
优选地，所述步骤S2中，当焊缝处形成深度为0.1mm～2mm或宽度为10mm～30mm的熔池时，即可停止激光照射。
优选地，所述步骤S3中，静置时的环境温度为室温20℃～28℃，冷却至焊缝温度低于工件一的熔点，即焊缝熔体已经凝固。
优选地，所述第二激光功率为所述第一激光功率的40％～80％。
优选地，步骤S2中，激光光束的移动速度为1mm/s～3mm/s，所述步骤S4中，激光光束的移动速度为4mm/s～7mm/s。
优选地，步骤S2中，激光发射装置输出激光光束的频率为20Hz～40Hz。
优选地，步骤步骤S4中，激光发射装置输出激光光束的频率为与步骤S2相同。
优选地，步骤S5中，通过在线超声波检测气泡缺陷。
本申请针对高分子材料(或塑料)和轻质金属(或金属合金/陶瓷)焊接过程中气泡问题，通过第一次焊接，设置特定的离焦量、频率及第一激光功率，产生气泡，形成有效的焊接区域；通过第二次焊接，设置特定的离焦量、频率及第一激光功率，使得第一次焊接后形成的焊缝边缘在第二次焊接时塑料发生再次熔化，这样气泡被焊缝区域再次熔化的塑料填充的同时，其内部的气体就可以从再次熔化的焊缝边缘逸出，既保证了焊接强度，又避免了气泡对焊缝的影响，很好的解决了塑料与金属之间的焊接问题。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明用于塑料和金属的焊接方法示意图；
图2为本发明用于塑料和金属的焊接方法第一次焊接焊缝结构图；
图3为本发明用于塑料和金属的焊接方法第二次焊接焊缝结构图。
附图：1-工件一；2-工件二；3-激光发射装置；4-夹具。
具体实施方式
有鉴于此，本发明提供了一种用于塑料和金属的焊接方法，用于解决现有技术中气泡的技术问题。
下面将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，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的用于塑料和金属的焊接方法，进行具体地描述。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一：
参见附图1；上述工件一1为PET材质，工件二2为不锈钢材质；
步骤S1.通过夹具4将待焊接的工件一1及工件二2夹紧贴合，使得工件一1与工件二2受到均匀的夹紧力，工件一1与工件二2相接的位置处形成焊缝；调节激光发射装置3的离焦量和第一激光功率；所使用的夹具4如图1所示，夹具4施加上下的力将工件一和工件二夹紧即可，对夹具4没有过多限制。
步骤S1中，调节第一激光功率的确定方法是试焊，调节参数使焊接过程能产生连接并有适量气泡，从实验研究结果表明，气泡是由于塑料受热分解形成的，若热量输入过小，此时虽然可以避免气泡缺陷的形成，但是因为能量输入过低而形成不了焊缝或者二者接合的强度到不到要求。气泡的产生可以把熔融的塑料挤向第二工件一侧，使得塑料熔体可以进入到第二工件表面的微结构中形成锚固效应，所以气泡的的产生有利于焊缝的形成，但焊缝一旦形成并冷却后，气泡就会被困在焊缝中，削弱焊缝的强度。故，焊接过程中应该促使焊缝形成适量的气泡，而在焊缝形成后应该消除气泡缺陷；基于工件二不锈钢材质，一般焊接温度为1400℃。
步骤S2.启动激光发射装置3，激光发射装置3发出的激光光束照射在焊缝上，并沿预设焊缝移动，至焊缝处形成熔池，即停止激光照射；上述第一激光功率为60W，调节离焦量至-5mm～-30mm，步骤S2中的激光光束的移动速度为3mm/s，激光发射装置输出激光光束的频率为20Hz；步骤S2中，当焊缝处形成深度为0.1mm～2mm或宽度为10mm～30mm的熔池时，即可停止激光照射。
步骤S3.保持工件一1与工件二2夹紧贴合的状态，并静置；静置时的环境温度为室温20℃～28℃，冷却至焊缝温度低于工件一的熔点，即焊缝熔体已经凝固，上述步骤S3中的静置时间一般为15s。
步骤S4.调节激光发射装置3的第二激光功率，再次启动激光发射装置3，激光发射装置3发出的激光光束照射在焊缝上，并使激光发射装置3发出的激光光束沿S2中的激光光束的移动轨迹进行移动；步骤S4中的所述第二激光功率小于步骤S2中的所述第一激光功率，且所述第二激光功率使得激光光束产生的热量大于或等于所述工件一的熔点，PET的熔点温度为265-280℃，即大于265-280℃，保证PET材质的充分熔化；所述第二激光功率使得激光光束产生的热量小于所述工件一发生分解的温度，PET的分解温度为350℃，即小于350℃，避免PET材质的分解再次形成气泡。如果说第一次焊接是为了形成适量的气泡，这样有利于焊缝的形成；第二次焊接时需要保证塑料再次熔化而不会发生二次分解，温度介于熔点和分解点之间，即介于265-280℃到350℃之间；熔点是工件一材料由固态到液态的温度；分解点是工件一材料被分解的温度，分解温度指处于粘流态的聚合物当温度进一步升高时，便会使分子链的降解加剧，升至使聚合物分子链明显降解时的温度。
第一次焊接的负离焦量-5mm～-30mm，第二次焊接的负离焦量大于所述步骤S1中第一次焊接的负离焦量，通过调节离焦量来调节光斑直径，使得光斑的直径比第一次焊接后形成的焊缝宽度要大，这样可以保证第一次焊接后的焊缝区域可以完全进入二次熔化的状态，这样气泡就可以被填充，而气体也可以从焊缝边缘逸出，也就是说第二次焊接的目的是在避免气泡产生的情况下，将第一次焊接产生的气泡排出。上述第二激光功率为45W，步骤S4中的激光光束的移动速度为4mm/s，激光发射装置输出激光光束的频率为20Hz；而第二次焊接的负离焦量大于第一次，通过调节离焦量来改变光斑的大小，即第二次焊接的激光光斑应大于第一次，使得第一次焊接后形成的焊缝边缘在第二次焊接时塑料发生再次熔化，这样气泡被焊缝区域再次熔化的塑料填充的同时，其内部的气体就可以从再次熔化的焊缝边缘逸出。
步骤S5若所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；若所述焊缝内仍有气泡，重复步骤S3-S4，至所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；
使用第一激光功率需要形成有效的焊接区域，使用的功率相对较高，塑料受热发生分解产生，气泡内气体为CO、CO2、烯烃类产物，待焊缝温度降低至室温后，气泡内部压强降低，低于大气压，同时会有气泡产生；若热量输入过小，此时虽然可以避免气泡缺陷的形成，但是因为能量输入过低而形成不了焊缝。气泡的产生可以把熔融的塑料挤向第二工件一侧，使得塑料熔体可以进入到第二工件表面的微结构中形成锚固效应，所以气泡的的产生有利于焊缝的形成，但焊缝一旦形成并冷却后，气泡就会被困在焊缝中，削弱焊缝的强度。故，焊接过程中应该促使焊缝形成适量的气泡，而在焊缝形成后应该消除气泡缺陷。
第二激光功率小于第一激光功率，且第二激光功率使得激光光束产生的热量大于或等于工件一的熔点；经研究气泡为塑料受热发生分解产生，气泡内气体为CO、CO2、烯烃类产物，待焊缝温度降低至室温后，气泡内部压强降低，低于大气压，故第二次焊接只需要保证塑料熔化而不发生分解的热量输入即可使得气泡由于塑料的再次熔化而被填充，使用第一激光功率需要形成有效的焊接区域，使用的功率相对较高，同时会有气泡产生；第二激光功率需要控制已经形成的结合界面或工件一不会再次发生降解，产生气泡。第一激光功率与第二激光功率之间的关系为第二激光功率为第一激光功率的40％～80％。
实施例二
参见附图1；上述工件一1为PMMA材质，工件二2为纯钛材质；
步骤S1.通过夹具4将待焊接的工件一1及工件二2夹紧贴合，使得工件一1与工件二2受到均匀的夹紧力，工件一1与工件二2相接的位置处形成焊缝；调节激光发射装置3的离焦量和第一激光功率；所使用的夹具4如图1所示，夹具4施加上下的力将工件一和工件二夹紧即可，对夹具4没有过多限制。
步骤S1中，调节第一激光功率的确定方法是试焊，调节参数使焊接过程能产生连接并有适量气泡，从实验研究结果表明，气泡是由于塑料受热分解形成的，若热量输入过小，此时虽然可以避免气泡缺陷的形成，但是因为能量输入过低而形成不了焊缝或者二者接合的强度到不到要求。气泡的产生可以把熔融的塑料挤向第二工件一侧，使得塑料熔体可以进入到第二工件表面的微结构中形成锚固效应，所以气泡的的产生有利于焊缝的形成，但焊缝一旦形成并冷却后，气泡就会被困在焊缝中，削弱焊缝的强度。故，焊接过程中应该促使焊缝形成适量的气泡，而在焊缝形成后应该消除气泡缺陷；基于工件二为纯钛材质，一般焊接温度为750℃。
步骤S2.启动激光发射装置3，激光发射装置3发出的激光光束照射在焊缝上，并沿预设焊缝移动，至焊缝处形成熔池，即停止激光照射；上述第一激光功率为60W，调节离焦量至-5mm～-30mm，步骤S2中的激光光束的移动速度为3mm/s，激光发射装置输出激光光束的频率为20Hz；步骤S2中，当焊缝处形成深度为0.1mm～2mm或宽度为10mm～30mm的熔池时，即可停止激光照射。
步骤S3.保持工件一1与工件二2夹紧贴合的状态，并静置；静置时的环境温度为室温20℃～28℃，冷却至焊缝温度低于工件一的熔点，即焊缝熔体已经凝固，上述步骤S3中的静置时间一般为15s。
步骤S4.调节激光发射装置3的第二激光功率，再次启动激光发射装置3，激光发射装置3发出的激光光束照射在焊缝上，并使激光发射装置3发出的激光光束沿S2中的激光光束的移动轨迹进行移动；步骤S4中的所述第二激光功率小于步骤S2中的所述第一激光功率，且所述第二激光功率使得激光光束产生的热量大于或等于所述工件一的熔点，PMMA的熔点温度为130-140℃左右，即大于130℃保证PMMA充分熔化；所述第二激光功率使得激光光束产生的热量小于所述工件一发生分解的温度，PMMA材质的分解温度为270℃左右，即小于270℃，避免PMMA材质的分解再次形成气泡。如果说第一次焊接是为了形成适量的气泡，这样有利于焊缝的形成；第二次焊接时需要保证塑料再次熔化而不会发生二次分解，温度介于熔点和分解点之间，即介于130-140℃到270℃之间；熔点是工件一材料由固态到液态的温度；分解点是工件一材料被分解的温度，分解温度指处于粘流态的聚合物当温度进一步升高时，便会使分子链的降解加剧，升至使聚合物分子链明显降解时的温度。
第一次焊接的负离焦量-5mm～-30mm，第二次焊接的负离焦量大于所述步骤S1中第一次焊接的负离焦量，通过调节离焦量来调节光斑直径，使得光斑的直径比第一次焊接后形成的焊缝宽度要大，这样可以保证第一次焊接后的焊缝区域可以完全进入二次熔化的状态，这样气泡就可以被填充，而气体也可以从焊缝边缘逸出，也就是说第二次焊接的目的是在避免气泡产生的情况下，将第一次焊接产生的气泡排出。上述第二激光功率为45W，步骤S4中的激光光束的移动速度为4mm/s，激光发射装置输出激光光束的频率为20Hz；而第二次焊接的负离焦量大于第一次，通过调节离焦量来改变光斑的大小，即第二次焊接的激光光斑应大于第一次，使得第一次焊接后形成的焊缝边缘在第二次焊接时塑料发生再次熔化，这样气泡被焊缝区域再次熔化的塑料填充的同时，其内部的气体就可以从再次熔化的焊缝边缘逸出。
步骤S5若所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；若所述焊缝内仍有气泡，重复步骤S3-S4，至所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；
使用第一激光功率需要形成有效的焊接区域，使用的功率相对较高，PMMA受热发生分解产生，气泡内气体为CO、CO2、烯烃类产物，待焊缝温度降低至室温后，气泡内部压强降低，低于大气压，同时会有气泡产生；若热量输入过小，此时虽然可以避免气泡缺陷的形成，但是因为能量输入过低而形成不了焊缝。气泡的产生可以把熔融的PMMA挤向第二工件一侧，使得PMMA熔体可以进入到第二工件表面的微结构中形成锚固效应，所以气泡的的产生有利于焊缝的形成，但焊缝一旦形成并冷却后，气泡就会被困在焊缝中，削弱焊缝的强度。故，焊接过程中应该促使焊缝形成适量的气泡，而在焊缝形成后应该消除气泡缺陷。
第二激光功率小于第一激光功率，且第二激光功率使得激光光束产生的热量大于或等于工件一的熔点；经研究气泡为PMMA受热发生分解产生，气泡内气体为CO、CO2、烯烃类产物，待焊缝温度降低至室温后，气泡内部压强降低，低于大气压，故第二次焊接只需要保证PMMA熔化而不发生分解的热量输入即可使得气泡由于PMMA的再次熔化而被填充，使用第一激光功率需要形成有效的焊接区域，使用的功率相对较高，同时会有气泡产生；第二激光功率需要控制已经形成的结合界面或工件一不会再次发生降解，产生气泡。第一激光功率与第二激光功率之间的关系为第二激光功率为第一激光功率的40％～80％。
本申请针对高分子材料(或塑料)和轻质金属(或金属合金/陶瓷)焊接过程中气泡问题，通过第一次焊接，设置特定的离焦量、频率及第一激光功率，产生气泡，形成有效的焊接区域；通过第二次焊接，设置特定的离焦量、频率及第一激光功率，使得第一次焊接后形成的焊缝边缘在第二次焊接时塑料发生再次熔化，这样气泡被焊缝区域再次熔化的塑料填充的同时，其内部的气体就可以从再次熔化的焊缝边缘逸出，既保证了焊接强度，又避免了气泡对焊缝的影响，很好的解决了塑料与金属之间的焊接问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将待焊接的工件一及工件二装夹，所述工件一与所述工件二相接触的位置形成焊缝；调节激光发射装置的离焦量、频率及第一激光功率；所述工件一为塑料，所述工件二为金属；
S2启动所述激光发射装置，所述激光发射装置发出的激光光束照射在所述焊缝上，并沿预设的所述焊缝移动，至所述焊缝处形成熔池，即停止激光照射；
S3保持所述工件一与所述工件二夹紧贴合的状态，并静置冷却；
S4调节所述激光发射装置的第二激光功率，再次启动所述激光发射装置，所述激光发射装置发出的激光光束照射在所述焊缝上，并使所述激光发射装置发出的激光光束沿步骤S2中的激光光束的移动轨迹进行移动；
S5若所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；若所述焊缝内仍有气泡，重复步骤S3-S4，至所述焊缝内的气泡消除殆尽，即完成激光焊接；
步骤S4中的所述第二激光功率小于步骤S2中的所述第一激光功率，且所述第二激光功率使得激光光束产生的热量大于或等于所述工件一的熔点，所述第二激光功率使得激光光束产生的热量小于所述工件一发生分解的温度。
2.根据权利要求1所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，所述步骤S4中第二次焊接的负离焦量大于所述步骤S1中第一次焊接的负离焦量，所述第一次焊接的负离焦量-5mm～-30mm。
3.根据权利要求2所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中，调节所述第一激光功率，使焊接过程能产生连接并有适量气泡。
4.根据权利要求3所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中，当焊缝处形成深度为0.1mm～2mm或宽度为10mm～30mm的熔池时，即可停止激光照射。
5.根据权利要求4所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中，静置时的环境温度为室温20℃～28℃，冷却至焊缝温度低于工件一的熔点，即焊缝熔体已经凝固。
6.根据权利要求5所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，所述第二激光功率为所述第一激光功率的40％～80％。
7.根据权利要求6所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，步骤S2中，激光光束的移动速度为1mm/s～3mm/s，所述步骤S4中，激光光束的移动速度为4mm/s～7mm/s。
8.根据权利要求7所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，步骤S2中，激光发射装置输出激光光束的频率为20Hz～40Hz。
9.根据权利要求1所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，步骤步骤S4中，激光发射装置输出激光光束的频率为与步骤S2相同。
10.根据权利要求1所述的用于塑料和金属的焊接方法，其特征在于，步骤S5中，通过在线超声波检测气泡缺陷。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2023104405773 | 2023-04-21 | ||
| CN202310440577 | 2023-04-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116872504A true CN116872504A (zh) | 2023-10-13 |
Family
ID=88267080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310750928.0A Pending CN116872504A (zh) | 2023-04-21 | 2023-06-25 | 一种用于塑料和金属的焊接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116872504A (zh) |
-
2023
- 2023-06-25 CN CN202310750928.0A patent/CN116872504A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6887411B2 (ja) | 金属成形体の粗面化方法 | |
| EP3117979B1 (en) | Process and device for simultaneous laser welding | |
| CN109562491B (zh) | 铝合金激光焊接系统以及激光焊接铝合金的方法 | |
| CN106312314B (zh) | 双激光束焊接系统及方法 | |
| KR20170002353A (ko) | 레이저 용접 방법 및 용접 구조 | |
| Mathivanan et al. | Laser welding of dissimilar copper and aluminum sheets by shaping the laser pulses | |
| KR20210125065A (ko) | 레이저 용접 방법 | |
| JP3753657B2 (ja) | ツインスポットパルスレーザ溶接方法および装置 | |
| TWI737802B (zh) | 金屬成形體的粗面化方法 | |
| CN105598587A (zh) | 一种超短脉冲激光振镜式扫描去除热轧钢板涂层的方法 | |
| JP2009226643A (ja) | 接合方法及び接合体 | |
| Bergmann et al. | Effects of diode laser superposition on pulsed laser welding of aluminum | |
| US11524361B2 (en) | Laser welding method | |
| CN113070573A (zh) | 激光焊接方法及装置 | |
| US20210276128A1 (en) | Butt welding with ultrashort pulse laser beams, and optical elements joined together from individual parts | |
| JP4352143B2 (ja) | レーザスポット溶接における穴欠陥の防止または修復方法および装置 | |
| CN116872504A (zh) | 一种用于塑料和金属的焊接方法 | |
| JP2006218497A (ja) | 板材のレーザー溶接方法 | |
| JP2007090397A (ja) | 重ね隅肉溶接方法 | |
| CN114799587B (zh) | 一种针对碳化硅增强铝基复合材料的复合焊接方法及装置 | |
| CN114261100B (zh) | 一种超快激光熔接透明硬脆材料和金属的方法 | |
| RU2269401C2 (ru) | Способ лазерной сварки металлов | |
| US20210276127A1 (en) | Butt welding of two workpieces with an ultrashort pulse laser beam, and associated optical elements | |
| Narsimhachary | Effect of laser welding parameters on 6061 aluminium alloy | |
| JP2017164986A (ja) | レーザ接合方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |