热塑性塑料的激光焊接实验研究

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1、热塑性塑料的激光焊接实验研究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&OPTOELECTRONICTECHNOLOGYVol.3,No.1February,20052005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

2、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TG456.71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

3、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

4、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[

5、4]。forcelaserbeamforce↓↓pressureplatefusedzoneHAZplasticsAplasticsBbase图1透射激光焊接原理图Fig.1Principlediagramoftransmissionlaserwelding2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（

6、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

7、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.2Experimentalsystemofdiodelaserbondingofthermoplastics掺入不同颜料导致的焊接性能的差异可能来源于两个效应：颜料的吸收增强和微粒的散射[5]。但是颜料的本征吸收对激光的透过率的影响较小，主要的吸收因素是微粒的散射。微粒的散射导致扩散反射，也可能引起激光能量密度的降低，从而需要更高

8、的激光功率才能实现焊接。在所有颜色的材料中，黑色有机玻璃在可见光和激光波长处的透过率近似为零，且吸收高，因而最易于激光焊接。1009080706050403020100从激光器光源系统发出的激光经过光束变换部件形成激光聚焦点光束，然后作用于对准平台上的塑料芯片上。对准平台固定于多轴电控位移台上，提供待焊接工件的固定、对准和接触功能