聚丙烯激光透射焊接工艺研究

• 作 者: 谭赟
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 激光透射焊接 聚丙烯 吸收剂 工艺参数 缺陷

近年来，塑料制品业朝着轻量化的方向发展，制造业多个领域对复杂塑料制品的需求越来越大。同时，复杂结构塑料件的连接问题也成为一大难点。相对传统的塑料连接方法，激光焊接具有焊接质量好、效率高、易于控制等优点，受到人们的青睐和重视。本文基于塑料的热物理性能和光学性质，介绍了塑料激光透射焊接的机理。然后分别针对吸光-透光(黑色-白色)与透光-透光(白色-白色)聚丙烯(PP)材料进行了激光透射焊接实验。对于黑白PP板，获得了良好的焊缝成形，表面形貌较好，产生的缺陷较少，焊件断裂在靠近接头处的母材上，强度较高。研究发现夹紧力是获得优质塑料激光焊接焊件的必要条件。工艺参数对焊接质量影响显著，若能量输入太小，PP板熔融少，焊合效果差，焊缝窄，强度低；若能量过大，将引起PP板的热分解，强度也低。正交试验结果表明，工艺参数对焊接质量影响程度大小的顺序为激光功率＞焊接速度＞光斑尺寸，最优工艺参数为激光功率80W、焊接速度2mm/s、光斑直径0.4mm。透光-透光塑料焊接是塑料激光焊接领域的一大难点，其关键在于吸收剂的选择和使用，本课题尝试采用不同的吸收剂进行了透光-透光塑料激光焊接工艺研究。研究发现采用黑漆作吸收剂时，能获得较好的焊缝成形。此外，研究了工艺参数、材料厚度和黑漆层厚度对焊接质量的影响规律。结果表明：随着激光功率的增加或者焊接速度的降低，焊缝宽度增大，剪切强度增加，但当增大到一定程度时，由于能量过大造成PP板的热分解，剪切强度又开始降低；材料越厚，它对激光的透过率越低，焊接效果越差；本实验中双层漆比单层漆的焊接质量好。同时，焊接过程中产生了气孔、热分解孔洞、表面不平和表面燃烧等缺陷，可通过使用氩气保护，采用纯度较高的PP原料，选择合适的工艺参数对缺陷进行控制。