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金屬和塑料激光焊接技術的最新研究進展

塑料激光焊接和超聲波焊接。

激光焊接在材料加工領域占有重要地位。傳統的激光焊接主要在金屬材料之間進行。然而，隨著技術的發展和進步，不同材料之間的激光焊接也成為一個重要的突破方向。本文主要研究金屬和塑料激光焊接技術。

塑料激光焊接的應用。

塑料實際上是一種聚合物。激光直接連接金屬和聚合物的原理主要是通過激光照射金屬產生高溫，通過熱傳導到達聚合物，在聚合物附近的連接界面上產生熔化區域，并在其內部刺激小氣泡。由于其表面粗糙，氣泡的產生或快速膨脹產生高內壓，熔化的聚合物與金屬表面緊密結合，促進熔化的聚合物流入金屬。金屬與聚合物之間的物理連接(范德華力)、機械連接(稱為錨固效應)或化學連接。以下是從不同角度介紹焊接中的幾種關鍵技術。激光焊接塑料常見問題。

1、焊接材料

2007年，大阪大學片山圣二（S.Katayama）首先，YAG激光器驗證了金屬和塑料激光直接連接的可行性，并首次提出了LAMP（激光輔助金屬和塑料焊接技術）[1]，證明了各種金屬和塑料焊接是可行的。比如SUS304不銹鋼和PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)可以在兩者之間產生金屬-Cr-O-聚合物之間的化學連接，如鍍鋅鋼板和PAN(聚丙烯腈型)CFRP(碳纖維增強塑料)能產生合金與塑料之間的接合。國內江蘇大學也開始了金屬和塑料的焊接研究。XiaoWang等[2]采用鈦和PET進行焊接。分析發現Ti-C化學鍵形成，焊接功率低，夾緊力增加。

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不同材料之間的連接效果也不同。就聚合物材料而言，由于不同聚合物材料接受熱量后形成的氣泡體積、數量和尺寸不同，直接影響焊接面積和焊接強度。例如，YukioMIYASHITA等人發現PET、PC和SUS不銹鋼的焊接范圍不同[3]。就金屬而言，不同的金屬對激光有不同的吸收和導熱性。這直接導致了焊接面積的不同，也影響了金屬焊接的故障加載力。長岡大學團隊使用銅、SUS304不銹鋼和A5052合金在同等條件下與PET激光焊接三種不同的金屬。實驗發現，PET/SUS304在同等條件下的焊接強度最大[4]。歐卡德塑料激光焊接機。

2、激光器

激光器的選擇在金屬和塑料的焊接中尤為重要。不同激光器的生產方式、光束和功率范圍不同。目前，使用以下激光器：海賓斯塑料激光焊接機。

2.1Nd:YAG激光器

它是一種固體激光，可以刺激脈沖激光或連續激光，發射的激光是紅外波長

1.064μm，產生的光是單色光。

2.2半導體激光器

半導體激光器，又稱激光二極管，是一種以半導體材料為工作物質的激光器。砷化鎵是常用的工作物質（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等等。電注入、電子束激勵和光泵浦有三種激勵方式。即半導體激光器可以實現脈沖和連續兩種工作模式。

YAG激光器有錐形光束，半導體激光器可以產生線性光束，從塑料一側，可以實現金屬和塑料焊接，調整YAG激光器焦距可以改變接頭強度，半導體激光器可以大大提高接頭強度，高功率連續激光束可以產生更深的滲透，江蘇大學使用近紅外二極管激光器焊接鈦和PET，直徑為900μm的焊接區[4]。塑料激光焊接機。

2.3飛秒激光器

飛秒激光器是一種超短脈沖激光器，目前并不廣泛應用于金屬焊接領域。2013年，TomokazuSano等人也實現了金屬和塑料的焊接。研究還發現，脈沖和線之間的距離對焊接強度有很大的影響[5]。

3、優化焊接工藝

在焊接過程中，許多工藝因素會影響焊接強度。激光焊接主要依靠熱量的輸入，因此熱量在提高焊接強度方面起著主導作用。主要表現如下：a、隨著功率的增加，拉力會升高，然后在某一點下降，同樣的焊接速度也會產生類似的影響；b、接合部的比例增加，接合強度也相應增加。上述研究也證明，雖然熱量輸入占主導地位，但并不是說熱量輸入越大，焊接效果越好，焊接強度曲線有飽和點。

此外，激光照射的方式也有影響。目前，激光從塑料側面廣泛照射，可使激光束直接照射到裝配部位，瞬間產生高熱量，提高連接強度。

此外，還有其他影響焊接的因素。2011年，片山圣二等人發現：a、激光引起的羽化現象。激光照射金屬時會產生羽化，其中高羽會引起淺焊；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。當激光射入時，會出現“鑰匙孔”結構。根據不同的焊接速率，鑰匙孔和熔化池的尺寸不同，影響光的吸收，從而影響焊接效果[6]。Yukiomiyashita等研究發現，由于施加力的大小和頻率，氣泡的狀態會發生變化。施加適當的靜態力可以抑制氣泡的擴張，有利于提高焊接強度；施加周期的接觸力會使氣泡流動迅速，降低氣泡密度，其焊接強度小于靜態壓力[7]。因此，施加不同的力提出了提高焊接強度的新手段。

4、表面預處理

塑料激光焊接廠家。

大量實驗證明，當金屬和塑料焊接時，塑料會被熱分解或熔化。如果金屬表面粗糙或有一定的微結構，這部分流動的塑料會進入金屬的這些粗糙部位。快速冷卻后，塑料會停留在這些微結構中，產生錨定作用。因此，許多研究人員開始處理金屬表面，希望獲得理想的表面微結構，增加焊接強度。這些處理包括物理、化學和其他手段。由于金屬表面一般有氧化層，可能會影響金屬與塑料的連接，WahbaM[9]等人在焊接前采取預處理措施，首先摩擦金屬樣品AZ91D去除表面氧化層，然后用丙酮清洗，然后用激光表面處理金屬樣品，通過這種預處理增強組合強度，研究人員還開發了紫外線-臭氧[10]等聚合物材料的方法。不同的預處理方法會導致不同的孔。當然，更深的孔可以錨定得更深。

5、結語

透明塑料激光焊接。
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