在環(huán)保被越來(lái)越重視的時(shí)代，工藝的成本大幅下降，激光焊接專用塑料開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化這3個(gè)因素之下，塑料激光焊接技術(shù)被越來(lái)越頻繁的提及，其技術(shù)的應(yīng)用也逐漸被大家所知，比如在汽車行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、家電行業(yè)以及電子電器行業(yè)等的應(yīng)用。在焊接工藝的應(yīng)用中，焊接質(zhì)量的考量關(guān)鍵在于對(duì)焊縫的檢測(cè)，焊縫的美觀、密封性、耐老化性以及力學(xué)性能抗沖擊等，本文就塑料激光焊接的焊縫設(shè)計(jì)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

一、焊接部件設(shè)計(jì)的基本要求

注塑件的焊接性能主要有以下幾個(gè)方面決定：

• 元器件的設(shè)計(jì)要求；

• 所使用的焊接工藝；

• 零件的材料；

• 零件的結(jié)構(gòu)。

為了能夠在焊接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生焊接過(guò)程中所需的焊接壓力，焊接部件的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)使用的焊接工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。激光透射焊接中，要求透射激光的部件具有較高的透射率，使得激光光束能夠直接作用于焊接區(qū)域。而焊接半結(jié)晶塑料或者填充塑料時(shí)，需要在保證部件機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，使激光的穿透深度盡可能的淺。

二、 激光透射焊接的基本原理

激光透射焊接中，激光光束穿透上層透射部件，照著到下層吸收激光的部件。激光能量被吸收部件中的染料或添加劑顆粒吸收，轉(zhuǎn)化為熱量。吸收部件融化，通過(guò)熱傳導(dǎo)，熱量傳遞到上層透射零件中。在焊接開(kāi)始前，兩部件在外部壓力的作用下相互接觸。焊接過(guò)程中，零件被局部加熱，材料的熱膨脹會(huì)提供附加的內(nèi)部焊接壓力。在內(nèi)部和外部焊接壓力的共同作用下，兩部件被牢固的焊接在一起。激光光束和焊接部件的相對(duì)移動(dòng)形成整條焊縫。

三、 材料的光學(xué)性能要求

在激光透射焊接中，對(duì)兩焊接部件光學(xué)性能的要求有很大的不同。焊接的先決條件就是一個(gè)焊接部件激光透射率很高，而另一個(gè)部件激光吸收率很高。同時(shí)，兩焊接部件的激光反射率都不能太高，否則要使用很高的激光能量密度才能夠使焊接區(qū)域內(nèi)的材料熔化。

激光穿透塑料的表現(xiàn)

在近紅外光譜范圍內(nèi)，無(wú)添加劑的熱塑性塑料通常都有很高的激光透射率。同時(shí)，不透明的局部結(jié)晶塑料、著色塑料以及使用特殊染料著色的黑色塑料也可能具有足夠的激光透射率。而通過(guò)添加激光吸收劑，可以使焊接部件在表層吸收激光能量。

四、焊接接頭型式的工程設(shè)計(jì)

需要根據(jù)焊接任務(wù)的要求，來(lái)設(shè)計(jì)零件焊接區(qū)域的形狀。焊接工藝的選擇、注塑零件的形狀以及兩焊接零件的光學(xué)和機(jī)械性能決定了焊接接縫的型式。注塑件中的交疊部分（如接套、插槽、定位結(jié)構(gòu)等）不能位于激光光源與焊接接縫之間，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生陰影阻礙激光傳輸。

激光透射焊接一般可以分為有焊縫位移和無(wú)現(xiàn)焊縫位移兩種形式。

如果焊接過(guò)程中無(wú)焊縫位移，那么焊接接頭型式與膠接技術(shù)中的接頭型式基本相同（如圖1）。

圖1

激光透射焊接工藝中，在不出現(xiàn)焊縫位移的情況下，為了能夠得到較高的焊縫強(qiáng)度，兩焊接部件的接觸面必須平滑均勻，焊接前避免存在接頭間隙。焊接時(shí)，兩焊接部件需要使用加緊裝置（如氣動(dòng)加緊裝置）夾緊。而對(duì)于環(huán)形部件，可以通過(guò)兩部件的過(guò)盈配合來(lái)減小接頭間隙（如圖2）。

圖2 環(huán)形焊接部件的過(guò)盈配合

對(duì)于存在焊縫位移的焊接，要求其中一個(gè)焊接部件必須能夠產(chǎn)生位移。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該避免零件的邊界、加強(qiáng)筋以及隔板等阻礙焊縫位移的產(chǎn)生。而且在部件設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)空腔用于存貯熔化的塑料，以改善零件的外觀（如圖3）。

圖3 有焊縫位移的焊接接頭形式（可以存貯熔化的塑料）

在焊接過(guò)程中，加緊裝置不可以干涉激光光束的傳輸（如圖4）。在設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意加緊裝置和焊接部件的相對(duì)位置關(guān)系。

圖4 有焊縫位移的焊接接頭設(shè)計(jì)舉例