热塑性塑料的激光焊接实验研究.doc

本文由想当个好孩子贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第3卷 第1期 光 学 与 光 电 技 术 OPTICS OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Vol. 3, No. 1 February, 2005 2005 年 2 月 文章编号 1672-3392(2005)01-0018-04 热塑性塑料的激光焊接实验研究 袁 晖1 赖建军 2 何云贵 1 （1 华中科技大学激光技术与工程研究院，武汉 430074； 2 华中科技大学光电子工程系，武汉 430074） 摘 要 建立了半导体激光焊接系统， 在此系统上进行了热塑性塑料的激光焊接实验， 研究了不同颜料有机玻璃材 料组合的激光焊接可行性，进行了有机玻璃的激光焊接实验，并对焊接样品的焊接强度进行了测试。 关键词 塑料；激光；焊接 文献标识码 A 中图分类号 TG456.7 1 引 言 传统的塑料焊接技术有超声波焊接、 振动焊接、 热平板焊接等，在工业中已得到广泛的应用 。近 来随着激光技术的发展，采用激光加热源实现塑料 焊接的技术在国外得到了重视，已有部分焊接设备 投放市场 。激光焊接的优点是能生成精密、牢固 和密封（不透气和不漏水）的焊缝，而且树脂降解 少，产生的碎屑少，由于激光的非接触特性，不会 产生污染。另一个优点是激光焊接比采用其它连接 方式所产生的振动应力和热应力小，意味着制品或 者装置的内部组件的老化速度更慢，因此更适合应 用于易损坏的制品如电子传感器或微机电系统 （MEMS）[3]。由于成本和材料方面的原因，塑料 的激光焊接尚未全面推广，在国内，这方面的研究 基本上是空白，塑料的激光加工应用仅限于切割和 标记。 本文利用半导体激光作为激光局部加热源，研 究透射焊接方式实现有机玻璃（PMMA）材料的焊 接工艺。同时，利用一种透明吸收材料，实现了两 种透明材料之间的焊接，进行了三层塑料基底材料 的堆叠焊接实验，为实现塑料部件的堆叠焊接提供 了一条途径。 [2] [1] 一起的热塑性塑料，一种对激光透明，另一种在激 光波长处具有较高的吸收率。当激光透过透明的塑 料加热具有一定吸收率的另一塑料时，产生的热量 促使紧密接触的两塑料熔化，由于材料的扩散最终 在界面形成瞬时渗透焊缝。这是一种高速、非接触 焊接热塑性塑料的方法。焊接过程所需的能量施加 于接头区域内很薄的一层。大多数本征塑料能让半 导体激光（近红外波段）透过，与之配合的另一塑 料，通过添加选择性吸收激光的色素可以转化为能 够吸收激光束的塑料。利用透射激光焊接方式， Kagan 等人对以尼龙为主的塑料的激光焊接进行了 详尽研究[4]。 force laser beam force ↓ ↓ pressure plate fused zone HAZ plastics A plastics B base 图 1 透射激光焊接原理图 Fig.1 Principle diagram of transmission laser welding 2 透射激光焊接原理和装置 透射激光焊接的原理如图 1 所示。两种紧贴在 基于透射激光焊接原理的半导体激光焊接系 统，如图 2 所示。该系统主要由激光光源系统、激 光光束变换系统、工件夹持和对准平台、CCD 显微 收稿日期 2004-11-04； 修改稿日期 2004-12-24 作者简介 袁晖（1979-） ，男，博士研究生，主要研究方向是激光与物质相互作用。E-mail: jjlai@mail.hust.edu.cn 第1期 袁晖 等：热塑性塑料的激光焊接实验研究 19 成像系统、电控位移台以及微机主控系统等组成。 间的焊接， 对于焊接的样品进行了焊接强度的测试。 3.1 材料光学性能对焊接的影响 为了检查不同颜色有机玻璃的可焊接特性，利 用傅里叶红外光谱仪分别测试了蓝色、红色、白色 和无色有机玻璃的透过率曲线 （如图 3 所示） 同时 ， 考察它们对激光的吸收特性。从图 3 可以看出，红 色有机玻璃在激光波长处的透过率与透明有机玻璃 相当，而白色与蓝色有机玻璃的透过率很低，黑色 有机玻璃则完全不透明。显然，红色有机玻璃直接 和透明无色的有机玻璃难以直接焊接，而白色和蓝 色有机玻璃则由于透过率都低，也不能直接焊接。 图 2 半导体激光键合实验装置 Fig.2 Experimental system of diode laser bonding of