下载文档原格式
激光焊接技术的研究现状及发展趋势一、本文概述激光焊接技术，作为一种先进的焊接工艺，自诞生以来便在多个领域展现出其独特的优势和应用潜力。
本文旨在全面综述激光焊接技术的研究现状，并探讨其未来的发展趋势。
我们将从激光焊接的基本原理出发，分析其在不同材料、不同工业领域的应用情况，总结当前激光焊接技术面临的挑战与问题，并预测其未来的发展方向。
我们还将关注激光焊接技术的创新点和发展热点，以期为读者提供一个全面、深入、前沿的激光焊接技术全景图。
通过本文的阅读，读者可以了解到激光焊接技术的最新进展，以及未来可能的技术突破和应用拓展，为相关研究和应用提供参考和借鉴。
二、激光焊接技术的研究现状激光焊接技术自诞生以来，便以其独特的优势在工业生产中占据了重要的地位。
作为一种高效、高精度、低热输入的焊接方法，激光焊接已广泛应用于汽车、电子、航空、冶金等多个领域。
目前，激光焊接技术的研究现状主要体现在以下几个方面。
激光焊接的工艺研究已经相当成熟。
研究人员通过不断优化激光功率、焊接速度、保护气体等参数，实现了对焊接过程的精确控制。
同时，针对不同材料的特性，研究人员还开发出了多种激光焊接方法，如脉冲激光焊、连续激光焊、激光填丝焊等，以满足不同行业的需求。
激光焊接设备的研究也在不断进步。
随着激光技术的快速发展，激光焊接设备的功率和稳定性得到了显著提升。
同时，设备的智能化、自动化水平也在不断提高，如机器人激光焊接系统的出现，大大提高了生产效率和质量稳定性。
激光焊接过程中的质量控制和检测技术也是当前研究的热点。
通过在线监测焊接过程中的温度、熔池形态等关键参数，可以实时调整焊接工艺参数，保证焊接质量。
同时，无损检测技术的应用也为激光焊接的质量控制提供了有力支持。
然而，尽管激光焊接技术在许多方面已经取得了显著的成果，但仍存在一些挑战和问题。
例如，对于某些高反射率或高导热性的材料，激光焊接的难度较大。
激光焊接的成本较高，也在一定程度上限制了其应用范围。
激光焊接技术的研究现状及发展趋势探究【摘要】激光焊接技术是一种高效、精密的焊接方法，被广泛应用于工业生产中。
本文首先介绍了激光焊接技术的基本原理，包括激光束的生成和聚焦等机理。
接着介绍了激光焊接技术的研究现状，包括其在材料连接、电子器件制造等领域的应用。
结合最新的研究成果，探讨了激光焊接技术在工业生产中的应用前景和发展趋势。
分析了激光焊接技术面临的挑战，如焊缝质量控制、成本降低等问题，并提出了未来的发展展望。
激光焊接技术的不断创新和改进，将进一步推动工业制造领域的发展，为提高产品质量和生产效率提供重要支持。
【关键词】激光焊接技术、研究现状、发展趋势、工业应用、未来挑战、基本原理、总结与展望1. 引言1.1 背景介绍传统的焊接方法存在着一定的局限性，如变形大、焊道狭窄、焊缝不均匀等问题。
而激光焊接技术通过高能密度的激光束，可以实现快速、高精度焊接，避免了传统焊接方法的缺点。
激光焊接技术被认为是未来焊接领域的发展方向。
本文将探讨激光焊接技术的基本原理、当前研究现状、工业生产中的应用情况，以及未来的发展趋势和挑战。
通过对激光焊接技术的深入研究，可以更好地了解这一技术的优势和局限性，为其未来的发展提供有力支持和指导。
2. 正文2.1 激光焊接技术的基本原理激光焊接技术的基本原理是利用高功率密度激光束对工件进行瞬时加热，使其局部熔化并在熔池中实现焊接。
激光光束经过透镜聚焦后在焊接区域形成一个极小的焦点，能量集中，可以快速提高工件表面温度，达到熔化和接合的目的。
激光焊接技术的基本过程包括预热、熔化、混合和冷却四个阶段。
预热阶段是指激光束在焊缝区域加热工件并提高表面温度；熔化阶段是指工件局部熔化形成熔池；混合阶段是指添加适量的填充材料，如焊丝，以填补焊缝；冷却阶段是指熔化部分冷却形成焊接接头。
激光焊接技术具有高能量密度、高效率、精密焊接等优点。
通过调节激光功率、加工速度和焊接参数，可以实现对不同材料的焊接操作，包括金属、塑料、陶瓷等材料。
2024年激光焊接技术市场发展现状引言激光焊接技术是一种利用激光束对金属材料进行精细焊接的技术。
由于其高精度、高效率和无需物理接触等优点，激光焊接技术在制造业中扮演着重要角色。
本文将对激光焊接技术市场的发展现状进行分析和探讨。
市场概况激光焊接技术市场目前呈现出快速增长的态势。
据统计数据显示，全球激光焊接技术市场规模在过去几年里保持了持续增长，预计未来几年内市场规模将进一步扩大。
这主要归因于激光焊接技术在汽车制造、航空航天、电子设备、医疗器械等领域的日益广泛应用。
发展趋势1. 自动化程度提高近年来，随着制造业向智能化、自动化方向发展，激光焊接技术也在不断向自动化程度更高的方向发展。
自动化激光焊接系统的出现使得生产效率大幅提升，同时降低了人工成本和减少了人为误差。
2. 激光焊接技术与机器人技术的结合机器人技术的快速发展也为激光焊接技术的进一步应用提供了巨大机遇。
激光焊接技术与机器人技术的结合可以实现更高级别的自动化和精密焊接操作。
在汽车制造和航空航天领域，机器人激光焊接系统已经广泛应用，提升了生产效率和产品质量。
3. 激光焊接技术的多功能化激光焊接技术不仅可以用于传统金属材料的焊接，还可以应用于其他领域，如塑料焊接、电子元器件焊接等。
通过与不同领域的技术结合，激光焊接技术的适用范围得到了扩大，为市场的发展提供了更多机会。
4. 能源效率的提高传统焊接技术存在能源浪费和环境污染等问题，而激光焊接技术具有高能源转化效率和低能源消耗的特点。
随着环保的日益重视，激光焊接技术的能源效率优势将成为推动其市场发展的重要因素之一。
市场挑战尽管激光焊接技术市场发展前景广阔，但也面临一些挑战。
1. 价格因素限制激光焊接技术设备相对传统焊接设备而言价格较高，因此在初期投资上存在一定难度。
这使得中小型企业难以承担相关设备的成本，限制了其广泛应用。
2. 技术门槛较高激光焊接技术需要经过专业培训和技术熟悉才能正确操作。
由于技术门槛较高，一些中小企业可能面临人才不足的问题。
激光焊接技术的研究现状及发展趋势探究1. 引言1.1 激光焊接技术的定义激光焊接技术是一种利用激光束将热能集中到焊接点进行熔化并连接材料的先进焊接方法。
通过激光束高能量密度和高束质量，可以实现快速、高效、精确的焊接过程。
激光焊接技术在金属、塑料、陶瓷等材料的连接中广泛应用，具有焊缝小、热影响区少、变形小等优点。
随着激光技术的不断进步和发展，激光焊接技术已成为现代制造业中一种重要的焊接方法，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域。
激光焊接技术的发展为加工技术的进步和产品质量的提高提供了重要支持，是当前研究和发展的热点之一。
1.2 激光焊接技术的重要性1.提高生产效率：激光焊接技术具有快速焊接速度、操作简便等特点，可以大幅提高生产效率，节约人力、时间和成本。
2.提高焊接质量：激光焊接技术能够实现高精度的焊接，焊缝质量好，可以避免气孔、裂纹等焊接缺陷，确保焊接连接的牢固性和稳定性。
3.拓展适用范围：激光焊接技术可以应用于各种金属材料的焊接，包括高熔点金属和难焊材料，具有很强的适用性和通用性。
4.降低能源消耗：相比传统焊接方法，激光焊接技术采用光能作为热源，能量利用效率高，节能环保，有利于减少对环境的影响。
激光焊接技术在制造业中的重要性不容忽视，其在提高生产效率、提高焊接质量、拓展适用范围和降低能源消耗等方面的优势，使其成为现代工业领域中备受重视的焊接技术之一。
2. 正文2.1 激光焊接技术的研究现状1. 激光焊接技术的发展历程：激光焊接技术自20世纪70年代开始逐渐发展，并在各个领域得到广泛应用。
随着激光技术和光学技术的不断进步，激光焊接技术的研究也得到了快速发展。
2. 激光焊接技术的研究热点：当前的研究主要集中在提高焊接质量和效率、拓展适用范围、降低成本和提高稳定性等方面。
利用不同波长的激光进行焊接，探索新的焊接材料、优化焊接参数等。
3. 激光焊接技术的现有问题：虽然激光焊接技术在许多领域取得了成功，但仍然存在一些问题，如焊接过程中容易产生气孔、热裂纹等缺陷，需要进一步研究和解决。
激光焊接技术的研究现状及发展趋势探究激光焊接技术是一种高精度、高效率的焊接方法，近年来得到了广泛的应用和发展。
本文将探究激光焊接技术的研究现状和发展趋势，分析其在各个领域的应用以及未来的发展方向。
一、激光焊接技术的研究现状1. 激光焊接工艺激光焊接是利用激光束对材料进行加热，从而使材料表面产生熔化，并将熔化池与受热区域形成牢固的结合。
激光焊接工艺主要包括传统激光焊接、深层激光焊接、激光-激光混合焊接、激光-煤炭混合焊接等多种方式，每种方式都有其适用的具体情况。
2. 激光焊接设备激光焊接设备包括激光发生器、激光传输系统和焊接装置等部分。
目前，市场上主要有固体激光器、液体激光器和气体激光器等多种类型的激光器可供选择，其中固体激光器因其高功率、高能量密度和高效率等优势，逐渐成为主流。
3. 激光焊接材料激光焊接可适用于多种材料，包括金属材料、合金材料、塑料材料等。
而随着激光焊接设备和工艺的不断改进，其在特殊材料、复合材料和高温材料等方面的应用也逐渐增多。
4. 激光焊接检测技术激光焊接后的焊缝质量直接影响着工件的使用性能，因此激光焊接检测技术成为焊接过程中不可或缺的一部分。
目前，主要的检测技术包括激光扫描显微镜检测、红外热像仪检测、超声波检测和X射线检测等多种方式。
5. 激光焊接应用领域激光焊接技术已经广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备、医疗器械、管道制造等领域。
在汽车制造中，激光焊接可以实现车身零部件的高效焊接，提高生产效率，减少成本。
6. 激光焊接的优势与传统焊接方法相比，激光焊接具有焊缝小、变形小、热影响区小、焊接速度快、热影响深度浅等特点。
激光焊接在一些对焊接质量要求高、对材料变形敏感的领域有着明显的优势。
1. 激光焊接设备的技术升级随着激光技术的不断发展，激光焊接设备的性能将不断提升。
固体激光器的输出能量和能量密度将不断增加，激光束质量和稳定性将得到进一步提高，激光束调控技术也将更加精密。
2. 激光焊接工艺的创新针对不同的焊接需求，激光焊接技术将不断进行工艺创新。
本文摘自再生资源回收-变宝网（）分析塑料激光焊接及其应用随着绿色环保理念在全球工业生产中的贯彻以及生产成本控制方面的考虑，塑料作为一种性能优异的可再生非金属材料，被日益广泛地应用在各行业的零部件设计、制造上，传统的金属部件越来越多地被拥有同样工作性能的塑料部件替代，同时对塑料零件之间的焊接连接技术和焊接质量也提出了更高的要求，这些变化为激光焊接技术在塑料材料领域的应用提供了契机。
一、传统塑料焊接常用的方法1、热气焊接热气焊接法利用加热的气流（通常为空气）将热塑性塑料基材和热塑性塑料焊条加热和熔化。
基材和焊条熔融后形成焊缝。
为确保有效焊接，必须在焊条上施加适当的温度和压力，还应确保合适的焊接速度和焊枪位置。
主要用途包括化学品存储容器、通风管道和汽车保险杠等注塑件维修等。
氮气用于氧气敏感的材料，如聚乙烯；氧气则形成更高的焊接强度。
这一焊接方法的主要优点在于能焊接大型、复杂的部件，但是焊接速度慢，焊接质量完全依赖于焊工的技能。
2、热板焊接对于塑料接合来说，热板焊接是最简单的批量生产技术。
高温热板夹于待接缝的表面之间，直到软化为止。
此时，将热板抽出，两表面在受控压力之下贴合，保持一段特定的时间后合在一起。
然后，让熔融表面冷却，形成焊接。
焊接工具或加热组件配有内置电热器，以避免塑料粘连于焊接工具上。
多种日常用品都采用这一焊接工艺，例如：吸尘器外壳，洗衣机和洗碗机部件、制动液油箱、后灯、指示灯等汽车部件。
热板焊接法的弊端在于焊接速度较慢。
3、植入焊接在植入焊接中，首先将金属嵌件夹在待接缝的部件之间，然后通过感应或电阻方式加热。
采用电阻焊接时，要求沿接缝放置电线将电流传导到植入件中；采用感应焊接时则不需要这种方式。
植入焊接法已用于焊接大型部件等的复杂接缝，包括汽车保险杠、电动汽车和游艇船壳等。
5、摩擦焊接热塑性塑料摩擦焊接（也称为“旋转焊接”）与金属焊接的原理相同。
在这种焊接工艺中，将一片基材固定，另一片基材以受控的角速度旋转。
激光焊接工艺的现状分析和进展激光焊接作为一种高精度、高效率的焊接技术，已经在众多领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步，激光焊接工艺也在不断发展。
本文将对激光焊接工艺的现状进行分析，并介绍其在技术上的进展。
首先，激光焊接工艺的现状是相对成熟的。
激光焊接的工艺参数和设备配置已经被广泛研究和应用，能够适应大多数金属和合金材料的焊接需求。
激光焊接可以实现高精度、低变形和高强度的焊接，同时还可以进行自动化控制，提高生产效率。
在航空航天、汽车制造、电子设备制造等行业，激光焊接已经成为主要的焊接技术之一然而，激光焊接工艺还存在一些挑战。
首先，激光焊接对工件表面的质量要求较高，需要进行表面处理，以减少氧化和蒸发损失。
此外，激光焊接还容易产生焊缝夹杂物和孔隙，影响焊接质量。
对于一些特殊材料和特殊结构的焊接，激光焊接的适应性仍有待提高。
此外，激光焊接的设备和工艺较为复杂，需要高成本的投资和一定的技术人员。
为了解决这些问题，激光焊接工艺在技术上不断进展。
首先，激光焊接的设备和工艺正朝着更加智能化和自动化的方向发展。
智能化的设备能够根据焊接需求自动调整焊接参数，提高焊接质量和效率。
其次，激光焊接的辅助技术也在不断创新。
例如，激光-电弧复合焊接技术能够将激光焊接和电弧焊接的优势结合起来，实现更高的焊接质量和效率。
另外，激光化学气相沉积焊接技术将激光焊接和化学气相沉积技术结合起来，可以实现薄板材料的焊接。
此外，新的激光源和光学系统的研发也为激光焊接工艺的进一步提升提供了可能。
总结起来，激光焊接作为一种高精度、高效率的焊接技术，在工业生产中发挥着重要的作用。
虽然激光焊接工艺已经比较成熟，但仍然面临着一些挑战。
为了克服这些问题，激光焊接工艺在技术上不断进展，探索出了一些新的激光焊接技术和应用领域。
相信随着科技的不断发展，激光焊接工艺将在更多领域得到应用，并不断提高其焊接质量和效率。
激光焊接技术现状及展望研究激光焊接技术是一种高新技术，它以激光为能量源，通过激光束对工件表面进行短暂加热，实现材料的熔接。
激光焊接技术具有焊接速度快、熔深大、热影响区小、操作灵活等优点，近年来在各种工业领域得到了广泛应用。
本文将对激光焊接技术的现状及发展前景进行研究。
一、激光焊接技术的现状1.激光焊接技术的发展历程20世纪60年代初期，激光技术作为新兴技术开始被人们重视，随着激光技术的不断发展，激光焊接技术也逐渐崭露头角。
最早的激光焊接技术是利用CO2激光进行的，由于其功率较大，适用于厚板材的焊接。
随着Nd:YAG激光器的问世，激光焊接技术迎来了一次飞跃式的发展，由于其光束质量好、光斑尺寸小、可调谐性强等特点，使得激光焊接技术得到了广泛的应用。
2.激光焊接技术的应用领域激光焊接技术已经被广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造、电子设备、通讯设备、医疗器械等行业。
在汽车制造业中，激光焊接技术已经成为汽车车身和零部件的首选焊接方式，其焊接速度快、质量好、热影响区小等优势使得汽车制造成本得到了大幅度的降低。
在航空航天领域，激光焊接技术可以实现对高强度、耐高温合金材料的焊接，大大提高了飞机的结构强度和安全性。
3.激光焊接技术的发展趋势随着激光技术的不断发展，激光器的功率不断提高，光束质量不断改善，激光焊接技术已经可以应用于更多的材料和更多的工艺领域。
未来，激光焊接技术将会继续向着高功率、高速度、智能化、自动化、柔性化等方向发展，成为制造业的重要焊接工艺。
2.激光焊接技术的挑战与机遇激光焊接技术发展面临着一些挑战，包括激光器的功率提升、光束质量的改善、焊接过程的稳定性等问题。
这些挑战也同时带来了机遇，随着新材料的不断涌现，新工艺的不断探索，激光焊接技术将会迎来更多的发展机遇。
3.激光焊接技术在新材料焊接领域的应用随着新材料的不断涌现，如高强度钢、镍基高温合金、镁合金等材料的应用，传统的焊接工艺已经无法满足这些材料的焊接需求，而激光焊接技术具有快速、熔深大、热影响区小等优势，可以很好地满足对这些新材料的焊接需求。
激光焊接工艺的现状分析与进展激光焊接工艺是一种高质量、高效率、高速度、高精度、低變形的现代焊接工艺，其在众多制造业焊接领域得到了广泛的运用。
本文从概述激光焊接工艺出发，重点探讨了激光焊接工艺在电子元件、铝合金材料和镁合金材料焊接领域内的应用现状，最后分析了其研究进展。
以期为相关的理论研究和具体的实践工作提供一定的借鉴。
标签：激光焊接工艺；现状分析；进展激光焊接工艺在汽车制造业、铝合金和镁合金材料的焊接、塑料加工业、船舶制造业等领域都有着十分重要的地位，是一门高度综合性的技术，能够显著提升产业效率和产品、服务质量。
在这个背景下，研究激光焊接工艺的现状分析与进展的诸多问题，具有重要的现实意义。
1 概述激光焊接工艺激光焊接工艺是一种现代焊接方法。
与传统的焊接方法相比较，激光焊接拥有众多特点，比如被焊接的工件变形情况较小，焊接的深度和宽度都较高，热影响区域较小等。
除此之外，激光焊接工艺不会受到磁场的影响，不会完全局限于导电材料和真空的工作环境，而且在工作的过程中也不会大量产生X射线。
也正因为上述优势，激光焊接工艺在工业各个领域内的应用较为广泛。
近些年来，制造部门渐渐将自动化技术应用到焊接的整个过程中去，只有将激光和计算机控制进行整合，实现有机结合，才能实现焊接过程的更好、更精确地控制，实现产品质量的提升。
焊接产品质量的提升要求激光焊接过程监测和质量控制水平的提升，这也已经成为激光利用领域内的关键日程之一，其中，电感、声波、电容、光电等各种类型的传感器的利用是其中的核心内容。
除此之外，利用电子计算机开展处理工作，根据焊接对象和要求的不同分别进行焊缝跟踪、缺陷检测等项目的处理，利用反馈控制实现焊接工艺参数的调节，最终实现激光焊接的完全自动化。
2 激光焊接工艺的应用现状与传统的焊接工艺相比，激光焊接工艺能够有效实现多种材料的“无缝”焊接，成为传统焊接工艺的补充和扩展。
从我国目前的焊接实践来看，激光焊接工艺已经成为这个领域的中流砥柱。
塑料激光焊接工艺方法、优势及应用发展趋势随着新型材料加工技术的发展，塑料产品正因其质量轻、耐腐蚀、绝缘性好和成型加工性能优良等特性，已经大量取代金属和陶瓷等传统材料，广泛应用于航空、船舶、汽车、医疗器具、食品包装以及日用化工等领域。
塑料件连接工艺的好坏对塑料产品的广泛应用有着重大的意义。
同时，随着国内激光技术所需设备费用的不断下降以及各大领域对塑料件焊接工艺要求的逐步提高，激光塑料焊接技术越来越受欢迎。
那么日常生活中看到的各种塑料产品是怎么焊接的呢？接下来小编将从塑料焊接工艺方法、塑料激光焊接工艺、塑料激光焊接行业应用及发展趋势等方面来科普下塑料焊接。
所有的塑料材料都可以焊接吗？是不是任意一种塑料材料都可以焊接呢？塑料根据其物理化学性能分类，分为热固性塑料和热塑性塑料。
其中热固性塑料为化学分子结构，一般是一次成型。
如上左图中开关面板和幼儿用的碗都是热固性塑料加工而成的，它们具有耐高温的特性，质地坚硬、难以熔化，加热后也不再软化，过度加热直接分解。
另一种热塑性塑料特点明显不同，如上右图是热塑性的塑料零件，它们在受热时发生软化或熔化，可流动成型，且可以反复多次加热。
由此可知，并不是所有塑料材料都能实现焊接。
热固性塑料热塑性塑料塑料焊接工艺有哪些类别？塑料焊接工艺类别目前常用的塑料焊接工艺方法主要有四类：（1）热板焊接——通过热板加热后进行的焊接，如示意图将产品熔化后再取出热板，产品加压实现焊接；（2）超声波焊接——利用高频振动波传递到需要焊接的物体表面，在加压的情况下，摩擦生热进行产品的焊接；（3）振动摩擦焊接——两个塑料部件在一定的压力、振幅和频率下，相互接触摩擦。
因摩擦产生热量，使得材料在焊缝界面处熔化。
在压力下，熔融塑料从焊缝区域流出形成溢料。
在振动停止后，熔融塑料层固化，并产生一个坚固的接头；（4）激光焊接——激光焊接技术是借助激光束产生的热量使塑料接触面熔化，进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术。
第32卷 第2期2008年4月激 光 技 术LASER TECHNOLOGYVol .32,No .2Ap ril,2008 文章编号:100123806(2008)022*******激光焊接塑料的方法及发展现状刘会霞,张惠中,季进清,王 霄,蔡 兰(江苏大学机械工程学院,镇江212013)摘要:首先阐述了激光焊接塑料的原理;其次介绍了几种激光焊接塑料的新方法、特点及应用对象,主要有轮廓焊接、同步焊接、准同步焊接、掩膜焊接、放射状焊接、Gl obo 焊接和衍射焊接;最后论述了激光焊接塑料的发展现状及发展趋势。
可以看出,目前研究主要集中于二维焊接,而三维焊接研究得较少。
激光焊接塑料正成为激光焊接领域的一个热点,它将取代传统的塑料焊接方法。
关键词:激光技术;激光焊接;焊接方法;塑料;透射焊接中图分类号:TG456.7 文献标识码:AM ethods and presen t st a tus of l a ser weld i n g of pl a sti csL I U Hui 2xia,ZHAN G Hui 2zhong,J I J in 2qing,WAN G X iao,CA I L an(School ofM echanical Engineering,J iangsu University,Zhenjiang 212013,China )Abstract:First of all,the p rinci p le of laser welding of p lastics is exp lained .Then,several ne w methods,characteristics and app licati ons of laser welding of p lastics are intr oduced,such as cont our welding,si m ultaneous welding,quasi 2si m ultaneous welding,mask welding,radialwelding,Gl obo welding and diffractive welding .A t last,p resent status and devel opment trend of laser welding of p lastics are su mmarized .It can be seen that the current study mainly focuses on t w o 2di m ensi on welding,while research on three 2di m ensi on welding is scarce .Laser welding of p lastics is becom ing a hot phenomenon in laser welding field .It m ight rep lace the traditi onal welding methods of p lastics .Key words:laser technique;laser welding;welding methods;p lastic;trans m issi on welding 作者简介:刘会霞(19642),女,教授,研究方向为激光加工、表面微细造型数值模拟和实验、逆向工程、数字化设计与制造技术。
E 2mail:lhx@ujs .edu .cn收稿日期:2007201210;收到修改稿日期:2007202208引 言激光焊接具有深度比大、热影响区小、表面成形好以及生产率高等优点[1]。
随着激光焊接技术的发展,激光不仅可以用于焊接金属,也可以用于焊接塑料,而且其焊接塑料的应用领域也在不断扩大。
激光塑料焊接技术在医学领域,可用于制造微流体器件、液体过滤器材、软管连接头和液体储槽等;在汽车工业中,可用于制造车灯、发动机传感器、液压油箱、燃油喷嘴和进气管光歧管等;在光学和电子领域,可用于制造光学传感器、电子元件外壳和塑料生物芯片等;在服装工业中,可用于防水纤维的焊接;在包装领域,可用于塑料薄膜的焊接。
由于应用领域及所焊接产品的形状及工艺要求的不同,因此需要一些新的方法用于塑料的激光焊接,笔者在此基础之上介绍了几种激光焊接塑料的新方法及其特点和应用对象,并对激光焊接塑料的发展现状进行了研究。
1 激光焊接塑料的原理激光焊接塑料的原理又称为激光透射焊接,其先决条件就是两零件之一能够透过激光,而另一个零件必须能吸收激光,如图1所示。
大多数塑料能让充足 图1 激光焊接塑料原理示意图的激光透过。
与之配合的另一零件,通过添加吸收性的材料,可以转化为能够吸收激光光束。
在焊接开始前,连接零件互相接触,但不是处于其它焊接方法所需的外加压力下(焊接零件所需的压力由塑料熔液的热膨胀产生)[2]。
在焊接过程中,将激光器产生的光束聚焦于待焊接区域,激光束透过一个零件,然后在两零件接触面(即焊接区域)被另一个零件吸收,形成热作用区;在热作用区(即两零件接触面)中的塑料被融化,热熔状态下的塑料大分子在焊接压力的作用下互相扩散,产第32卷 第2期刘会霞 激光焊接塑料的方法及发展现状 生范德华力,从而紧密地连接在一起[3],这样已熔化的材料形成接头,待焊接的部件即被连接起来。
2 激光焊接塑料的新方法2.1 轮廓焊接轮廓焊接是一种激光扫描焊接方法,如图2所示。
图2 轮廓焊接原理示意图在轮廓焊接中,一束激光投射到待焊接工件,然后激光束沿着待焊接区域的轮廓扫描一周,从而完成焊接。
当然,在轮廓焊接中,也可以固定激光束不动,让待焊接的工件沿着预定轨迹运动来完成焊接或者让激光束和工件同时沿预定轨迹相对运动来完成焊接。
轮廓焊接的热作用区一般较小,因为其宽度是由激光束光斑的尺寸决定的。
轮廓焊接的加工时间较长,但灵活性好、自由度高,适合于任意复杂的二维焊缝,如传感器外壳等。
上海市激光技术研究所研制了一种多维激光焊接塑料装置,该装置可以用于轮廓焊接,并且已经申请了专利[4]。
2.2 同步焊接在同步焊接中,根据焊缝的几何形状调整激光束形状,使一束或多束激光同时投射到整个焊接区域,然后均匀地加热焊接区域,待塑料熔融体凝固后就完成了焊接,如图3所示。
同步焊接具有加工时间短、激光图3 同步焊接原理示意图[5]束与工件之间不需要作任何相对移动、热变形量小、适合大批量生产等优点,并且利用常规的光学整形元件几乎可以产生任何几何形状的激光束,所以,对于任何复杂的二维几何焊缝都可以利用同步焊接来完成。
CHE N等人应用同步焊接技术完全实现了塑料微射流设备的装配。
其激光系统由带有掩膜和自动对准功能的二极管激光器组成,二极管激光器的自动对准功能可以产生任意几何图形的激光束,从而完成同步焊接[6]。
2.3 准同步焊接准同步焊接实际上也是一种激光扫描焊接方法,如图4所示。
在准同步焊接中,一束激光投射到待焊 图4 准同步焊接原理示意图[5]接工件,然后激光束沿着待焊接区域的轮廓作高速扫描,每秒钟可以扫描数次,从而可以保证待焊接区域被有效加热,同时在焊接过程中对工件施加一定的压力,塑料熔融体凝固后就完成了焊接。
准同步焊接中对于激光扫描速度、扫描圈数和激光强度的选择非常重要,这直接决定了最终的焊接强度和焊接质量。
准同步焊接的灵活性好、自由度高,适合于较为简单的二维焊缝,如手机外壳、电子元件外壳等。
P OTE NTE等人利用准同步焊接方法,通过选择高性能的塑料Peek和不同的碳黑吸收剂研究了激光强度、扫描速度、焊缝位置和焊接压力对于焊缝质量的影响[7]。
JANSS ON等人研究了准同步焊接中的焊接速度、焊接路径圈数和激光强度对于焊接强度和焊缝质量的影响[8]。
B iel omatik公司的Laser2Tec系统采用70W～250W的Nd∶Y AG激光器,使用高速的扫描镜,可以使激光束快速扫描全部焊缝来完成焊接,其利用的就是准同步焊接技术[9]。
2.4 掩膜焊接在掩膜焊接中,激光源和待焊接的部件间插入一层膜。
一排线状的激光束投射到焊接区域,然后使激光束和工件之间作相对移动,由于掩膜的遮蔽作用,激光束仅仅作用于希望被焊接的区域,使焊接区域被加热,从而完成焊接,如图5所示。
在掩膜焊接中,可以 图5 掩膜焊接原理示意图[10]根据希望地焊缝结构来设计掩膜,只在希望的焊接区域内把工件精确地焊接在一起。
这层膜可以达到微米级的精细度,所以掩膜焊接可以达到极高的精准度。
761 激 光 技 术2008年4月掩膜焊接具有快速灵活、可焊接任何平面几何形状、精细焊接等优点,适合于不同宽度的直线和曲线的焊接,以及任何二维的精细焊接。
瑞士莱斯特加工技术公司研究了焊接塑料工件或塑料与其它材料的激光焊接方法与装置,其介绍的就是掩膜焊接方法及其激光装置,该方法及装置已经申请了专利[11]。
2.5 放射状焊接经由高速扫描电机定位后的激光束,再由圆锥型镜面二次反射,可形成对圆柱状被焊物表面的径向式辐射,由此可以实现对圆柱表面圆周线状的焊接,如图6所示。
按电机扫描的快慢程度,可分别作顺序型周图6 放射状焊接原理示意图[12]线焊接或准同步焊接。
零件的紧密配合确保了焊接加工所需要的嵌位压力,而且零件在焊接过程中无需移动。
放射状焊接具有适用于不同的直径、无需旋转零件、高产量和无需夹紧装置等特点,适合于圆柱状物体的焊接[12]。
2.6 Globo焊接Gl obo焊接又称为球形焊接,它是沿着产品的轮廓线进行焊接的。
激光束由气垫式、可无摩擦任意滚动的玻璃球点状式的聚焦于焊接轮廓线上,对焊接区域进行加热,从而完成焊接,如图7所示。
该玻璃球不 图7 Gl obo焊接原理示意图[13]仅聚焦激光束,而且也充当机械夹紧夹具。
当该球在工件表面上滚动时,为接合面提供了持续的压力,这就确保了在激光加热材料的同时,对材料进行有效的压力夹紧。
Gl obo焊接具有许多优点:不需要附加的夹紧装置、夹紧压力及能量应用可以同步最优化、可与多维机械手联合配套使用。
它适合于二维和三维任意形状焊缝的焊接。
Gl obo焊接是瑞士Leister公司拥有的一项的技术,该技术已取得了专利并获得了瑞士国家发明奖。
CHEN对Gl obo焊接进行了介绍,并分析了该焊接方法的应用领域[14]。
2.7 衍射焊接衍射焊接是一种最新的激光焊接塑料方法,如图8所示。
它是通过使用衍射器件,把激光束整形成各 图8 衍射焊接示意图种形状,然后使各种形状的激光束投射到焊接区域,对焊缝直接进行加热,从而完成焊接。
该技术还包括应用光学器件调整激光束形状的大小,然后进行微焊接。
衍射焊接具有以下特点:(1)衍射光仪器可以经受住80W功率的激光;(2)衍射光的效率大于55%;(3)可以焊接出大小大约是300μm,焊缝为75μm的焊接件;(4)可以进行密封焊接,且密封件可以经受住0.7MPa 的气压。
