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金属和塑料激光焊接技术的最新研究进展

塑料激光焊接和超声波焊接。

激光焊接在材料加工领域占有重要地位。传统的激光焊接主要在金属材料之间进行。然而，随着技术的发展和进步，不同材料之间的激光焊接也成为一个重要的突破方向。本文主要研究金属和塑料激光焊接技术。

塑料激光焊接的应用。

塑料实际上是一种聚合物。激光直接连接金属和聚合物的原理主要是通过激光照射金属产生高温，通过热传导到达聚合物，在聚合物附近的连接界面上产生熔化区域，并在其内部刺激小气泡。由于其表面粗糙，气泡的产生或快速膨胀产生高内压，熔化的聚合物与金属表面紧密结合，促进熔化的聚合物流入金属。金属与聚合物之间的物理连接(范德华力)、机械连接(称为锚固效应)或化学连接。以下是从不同角度介绍焊接中的几种关键技术。激光焊接塑料常见问题。

1、焊接材料

2007年，大阪大学片山圣二（S.Katayama）首先，YAG激光器验证了金属和塑料激光直接连接的可行性，并首次提出了LAMP（激光辅助金属和塑料焊接技术）[1]，证明了各种金属和塑料焊接是可行的。比如SUS304不锈钢和PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)可以在两者之间产生金属-Cr-O-聚合物之间的化学连接，如镀锌钢板和PAN(聚丙烯腈型)CFRP(碳纤维增强塑料)能产生合金与塑料之间的接合。国内江苏大学也开始了金属和塑料的焊接研究。XiaoWang等[2]采用钛和PET进行焊接。分析发现Ti-C化学键形成，焊接功率低，夹紧力增加。

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不同材料之间的连接效果也不同。就聚合物材料而言，由于不同聚合物材料接受热量后形成的气泡体积、数量和尺寸不同，直接影响焊接面积和焊接强度。例如，YukioMIYASHITA等人发现PET、PC和SUS不锈钢的焊接范围不同[3]。就金属而言，不同的金属对激光有不同的吸收和导热性。这直接导致了焊接面积的不同，也影响了金属焊接的故障加载力。长冈大学团队使用铜、SUS304不锈钢和A5052合金在同等条件下与PET激光焊接三种不同的金属。实验发现，PET/SUS304在同等条件下的焊接强度最大[4]。欧卡德塑料激光焊接机。

2、激光器

激光器的选择在金属和塑料的焊接中尤为重要。不同激光器的生产方式、光束和功率范围不同。目前，使用以下激光器：海宾斯塑料激光焊接机。

2.1Nd:YAG激光器

它是一种固体激光，可以刺激脉冲激光或连续激光，发射的激光是红外波长

1.064μm，产生的光是单色光。

2.2半导体激光器

半导体激光器，又称激光二极管，是一种以半导体材料为工作物质的激光器。砷化镓是常用的工作物质（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等等。电注入、电子束激励和光泵浦有三种激励方式。即半导体激光器可以实现脉冲和连续两种工作模式。

YAG激光器有锥形光束，半导体激光器可以产生线性光束，从塑料一侧，可以实现金属和塑料焊接，调整YAG激光器焦距可以改变接头强度，半导体激光器可以大大提高接头强度，高功率连续激光束可以产生更深的渗透，江苏大学使用近红外二极管激光器焊接钛和PET，直径为900μm的焊接区[4]。塑料激光焊接机。

2.3飞秒激光器

飞秒激光器是一种超短脉冲激光器，目前并不广泛应用于金属焊接领域。2013年，TomokazuSano等人也实现了金属和塑料的焊接。研究还发现，脉冲和线之间的距离对焊接强度有很大的影响[5]。

3、优化焊接工艺

在焊接过程中，许多工艺因素会影响焊接强度。激光焊接主要依靠热量的输入，因此热量在提高焊接强度方面起着主导作用。主要表现如下：a、随着功率的增加，拉力会升高，然后在某一点下降，同样的焊接速度也会产生类似的影响；b、接合部的比例增加，接合强度也相应增加。上述研究也证明，虽然热量输入占主导地位，但并不是说热量输入越大，焊接效果越好，焊接强度曲线有饱和点。

此外，激光照射的方式也有影响。目前，激光从塑料侧面广泛照射，可使激光束直接照射到装配部位，瞬间产生高热量，提高连接强度。

此外，还有其他影响焊接的因素。2011年，片山圣二等人发现：a、激光引起的羽化现象。激光照射金属时会产生羽化，其中高羽会引起浅焊；b、激光吸收。光束越小，能量越高或焊接速度越低，光吸收越高。当激光射入时，会出现“钥匙孔”结构。根据不同的焊接速率，钥匙孔和熔化池的尺寸不同，影响光的吸收，从而影响焊接效果[6]。Yukiomiyashita等研究发现，由于施加力的大小和频率，气泡的状态会发生变化。施加适当的静态力可以抑制气泡的扩张，有利于提高焊接强度；施加周期的接触力会使气泡流动迅速，降低气泡密度，其焊接强度小于静态压力[7]。因此，施加不同的力提出了提高焊接强度的新手段。

4、表面预处理

塑料激光焊接厂家。

大量实验证明，当金属和塑料焊接时，塑料会被热分解或熔化。如果金属表面粗糙或有一定的微结构，这部分流动的塑料会进入金属的这些粗糙部位。快速冷却后，塑料会停留在这些微结构中，产生锚定作用。因此，许多研究人员开始处理金属表面，希望获得理想的表面微结构，增加焊接强度。这些处理包括物理、化学和其他手段。由于金属表面一般有氧化层，可能会影响金属与塑料的连接，WahbaM[9]等人在焊接前采取预处理措施，首先摩擦金属样品AZ91D去除表面氧化层，然后用丙酮清洗，然后用激光表面处理金属样品，通过这种预处理增强组合强度，研究人员还开发了紫外线-臭氧[10]等聚合物材料的方法。不同的预处理方法会导致不同的孔。当然，更深的孔可以锚定得更深。

5、结语

透明塑料激光焊接。
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