[發明專利]用于激光透射焊接塑料材料的焊接裝置及其焊接方法

有效

• 申請號: 201110109966.5
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102189684A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 龐振華;宋杰;趙博;梁錫輝
• 申請（專利權）人: 廣州市光機電技術研究院
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明涉及激光焊接技術領域，特別涉及用于激光透射焊接塑料材料的焊接裝置及其焊接方法，采用透射焊接原理對塑料材料進行激光焊接。

背景技術

塑料材料，作為高分子材料的重要部分，塑料結構獨特、性能優異，廣泛應用于科學技術、國防建設和國民經濟各個領域。塑料和鋼鐵、木材、水泥并列成為四大支柱材料，以塑代鋼、以塑代木是今后我國發展的方向，這也為高新的塑料加工手段提供了機遇和市場。

激光焊接技術作為一項具有鮮明特性的高新加工技術，在金屬材料的焊接加工領域應用廣泛，成果顯著。隨著綠色環保理念在全球工業生產中的貫徹以及出于生產成本控制方面的考慮，塑料作為一種性能優異的可再生非金屬材料，被日趨廣泛的使用在各行業的零部件設計、制造上，這也使得塑料焊接逐漸成為激光焊接的一個新興的、充滿希望的應用領域。伴隨著塑料材料和激光設備方面的進步，憑借著激光焊接的優異特性，激光塑料焊接技術作為一種連接塑料制品的專門方法在越來越多的應用領域得到了的認可，例如在醫學領域，激光塑料焊接技術可用于制造微流體器件、液體過濾器材、軟管連接頭和液體儲槽等有嚴格潔凈要求的塑料制品；在汽車工業中，可用于制造車燈、發動機傳感器、液壓油箱、燃油噴嘴和進氣管光歧管等；在光學和電子領域，可用于制造光學傳感器、電子元件外殼和塑料生物芯片等連接敏感性塑料制品(含有線路板)；在服裝工業中，可用于防水纖維的焊接；在包裝領域，可用于塑料薄膜的焊接。

塑料激光焊接一般采用透射焊接原理，利用近紅外線激光(波長810nm～1064nm)作為兩件疊加塑料部件的焊接熱源，兩件塑料部件中的上層部件相對于紅外激光透射率比較高，當激光在其內部傳輸時基本上沒有能量損耗，而下層部件對近紅外激光則具有較高的吸收率。進行激光焊接時首先要把兩種塑料部件在低壓力夾具作用下夾緊在一起，然后通過反射鏡、透鏡或者光纖組成的光路系統，使激光透射過第一個部件后聚焦于第二個部件表面，近紅外線激光被第二部件表面吸收后轉化為熱能，將兩個部件的接觸面熔化，形成焊接區，在隨后的過程中，熔化的材料凝固形成了焊接接頭(焊縫)，這樣待焊接的兩個部件就被連接在一起完成焊接。

激光透射焊接方法能夠獲得令人滿意的焊接強度，比傳統的超聲波焊接、振動焊接、熱平板焊接等工藝更具成本和性能方面的優勢。由于焊縫存在于兩層塑料材料的中間，所以焊接件表面具有不被破壞的光潔度，此外，相對常規焊接方法，焊接制品振動應力和熱應力非常微小、焊接過程樹脂降解少，無污染、并且可以將兩種不同的塑料材料焊接在一起。上述的優點使得激光透射焊接塑料材料技術在光學、光電子、精密電子、生物醫療設備制造、食品醫藥等行業具有很好的應用前景。

但是，在實際的塑料激光焊接過程中，需要焊接在一起的塑料件的接觸面并不會絕對平整，所以為了保證獲得最大的熔接面積，通常需要對焊件施加一定壓力，但壓力并不是越大越好，過大的壓力會造成塑料熔融體的流失，反而不利于塑料材料間的二次聚合，影響焊接強度。由于不同的塑料材料熔點不同，熔融狀態下的流動性也不同，因而激光透射焊接時試樣需要的壓力也不同，這使得具備壓力可調功能的焊接裝置不可缺少，但是目前并不存在滿足這方面條件的焊接裝置。

發明內容

本發明的主要目的在于克服上述現有技術的缺點與不足，提供一種結構簡單、合理，可提供合適壓力的用于激光透射焊接塑料材料的焊接裝置。

本發明的另一目的在于提供由上述裝置實現的焊接方法。

為達上述目的，本發明采用如下的技術方案：用于激光透射焊接塑料材料的焊接裝置，包括支撐板、激光光源和壓力調節機構，所述壓力調節機構包括壓板機構、導向導軌和驅動機構，所述壓板機構與驅動機構連接，且通過導向導軌與支撐板連接；所述壓板機構上設有由透光窗口和透光窗體構成的透光窗；被焊接的塑料材料置于支撐板上，且對應地設置在透光窗的下方；激光光源發射激光束穿過透光窗，作用于被焊接的塑料材料，即激光光源通過激光束依次連接透光窗、被焊接的塑料材料。

所述驅動機構包括氣缸、電磁閥、調壓閥和空氣壓縮機，所述氣缸通過管道與所述空氣壓縮機連接，且其活塞桿與壓板機構連接；所述電磁閥、調壓閥依次連接在氣缸與所述空氣壓縮機之間的管道上。

所述調壓閥可以改變氣缸的工作氣壓，進而改變被焊接的塑料材料之間的壓力，獲得符合焊接工藝需要的壓力條件。