CN108032526B - 用于对接塑料工件的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对接塑料工件的激光焊接方法，将两待焊接的塑料工件对接形成接触焊接面，通过反射件将激光光束由其中一塑料工件倾斜透射到该接触焊接面，将激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动，使得塑料工件在接触焊接面处吸收激光能量后开始熔化，并经过加压冷却后，两塑料工件连为一体。本发明的激光焊接方法，利用反射件将激光光束倾斜的从其中一塑料工件透射到两待焊接的塑料工件的接触焊接面，实现塑料工件的对接且实现对塑料工件进行侧焊，避免在塑料工件表面残料焊接痕迹，使得塑料工件较平整。

Description

用于对接塑料工件的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种用于对接塑料工件的激光焊接方法。

背景技术

激光塑料焊接作为一种清洁有效的塑料焊接方式，在焊接过程中树脂降解少，产生碎屑少，焊接过程非接触性不会产生二次污染，使用日渐广泛。

目前，常用的塑料焊接接头形式为上下叠焊，激光透过上层的透光塑料后被下层吸光塑料所吸收，同时加压使两层间熔化，在接触面形成焊接区。但其他接头形式激光焊接应用不成熟。对接作为较为常见的接头形式，在生产中有大量的应用。材料对接时，光束垂直焊接会使塑料材料吸收光的位置熔化而将材料连接在一起，然而，背对光束的一面不能很好的吸收光而无法形成焊接区，而且，直接对材料进行垂直的焊接，会容易在材料的表面形成焊接痕迹，影响产品外观。

发明内容

基于此，有必要提供一种能保证对接塑料工件表面平整度实现侧焊的激光焊接方法。

一种用于对接塑料工件的激光焊接方法，将两待焊接的塑料工件对接形成接触焊接面，通过反射件将激光光束由其中一塑料工件倾斜透射到该接触焊接面，将激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动，使得塑料工件在接触焊接面处吸收激光能量后开始熔化，并经过加压冷却后，两塑料工件连为一体。

在其中一个实施例中，其中一塑料工件由对激光光束透明的材料制成，另一塑料工件由吸收激光光束的材料制成。

在其中一个实施例中，两待焊接的塑料工件均由对激光光束透明的材料制成，且至少一塑料工件于接触焊接面处涂覆可吸收激光辐射的物质，或者，在两塑料工件之间设置对激光光束不透明的材料层。

在其中一个实施例中，所述反射件由对激光光束透明的板材制成，并于所述板材的一侧形成斜切面，所述斜切面上镀有激光全反射膜。

在其中一个实施例中，所述反射件具有上下相对的第一表面与第二表面，所述斜切面形成于所述第一表面与所述第二表面之间，激光光束对两待焊接的塑料工件进行焊接时，第二表面压在塑料工件上并沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动。

在其中一个实施例中，所述激光光束竖直入射所述斜切面上的激光全反射膜，以将激光光束倾斜入射两待焊接的塑料工件对接形成的接触焊接面。

在其中一个实施例中，所述斜切面相对于水平面的倾斜角度呈锐角α，且α大于45°。

在其中一个实施例中，分别对两待焊接的塑料工件相对接的边缘进行切削，以使两待焊接的塑料工件相对接处呈楔形，且该楔形的顶角β等于2倍的α。

在其中一个实施例中，在将反射件移入激光光束进行改变激光光束入射塑料工件前，将激光光束聚焦于塑料工件的底面。

在其中一个实施例中，在激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动进行焊接时，反射件随激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动，且利用紧贴所述斜切面的校准光束入射塑料工件并始终保持校准光束经过两待焊接的塑料工件之间的对接缝的底部轮廓，以确保激光光束倾斜透射的塑料工件上呈楔形的顶角β的角平分线位于反射件的斜切面，使得经过反射件反射的激光光束沿对接缝移动的过程中保持聚焦在所述接触焊接面上。

本发明提供的用于对接塑料工件的激光焊接方法，利用反射件将激光光束倾斜的从其中一塑料工件透射到两待焊接的塑料工件的接触焊接面，实现塑料工件的对接且实现对塑料工件进行侧焊，避免在塑料工件表面残料焊接痕迹，使得塑料工件较平整。

附图说明

图1为一实施例提供的激光焊接方法对两塑料工件进行对接时示意图；

图2为一实施例提供的激光焊接方法中反射件的结构以及激光光束在反射件内的光路示意图；

图3为另一实施例中对两塑料工件进行激光焊接示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，本实施方式提供的一种用于对接塑料工件的激光焊接方法，以待焊接的两塑料工件300、400为例，该激光焊接方法中，两待焊接的塑料工件300、400相互对接后，会在接壤处形成接触焊接面b，也就是在该激光焊接方法中，激光光束所入射的区域。本实施方式中，产生激光光束的激光器100可以是半导体激光器或紫外激光器，在此不作限定。

该实施方式中，通过反射件200将激光光束由两塑料工件300、400其中一塑料工件倾斜透射到该接触焊接面b，确切的说，激光光束经过反射件200改变激光光路后，会斜着入射到接触焊接面b，而不是从两塑料工件300、400的顶部对接缝实施焊接，进而有效的将处于两塑料工件300、400侧面接触的区域紧密的焊接在一起实现侧焊，提高连接的稳定性，而且也避免在两塑料工件300、400的表面留下焊接痕迹，使得塑料工件300、400的表面较平整。

上述实施方式中，激光光束经反射件200反射而倾斜入射到两待焊接的塑料工件300、400相接壤的接触焊接面b时，激光光束的聚焦点也会相应的位于该接触焊接面b上而形成一光斑，光斑照射的区域便会升温，近而将塑料工件300、400熔化。在将激光光束沿两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝移动时，即，该光斑在接触焊接面b上移动，进而将两塑料工件300、400焊接于一体。

需要说明的是，两待焊接的塑料工件300、400在接触焊接面b处是可以吸收激光能量的，进而实现使得两待焊接的塑料工件300、400在接触焊接面b处熔化而经过加压冷却后连为一体。本实施方式中，两待焊接的塑料工件300、400中至少一个塑料工件是由对激光光束透明的材料制成，以便反射件200可以将激光光束倾斜的透射该对激光光束透明的塑料工件而打在两待焊接的塑料工件300、400的接触焊接面b，以实现侧焊；且无需调整发射出激光光束的激光器100的焊接姿态，仅需要激光器100沿着两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝移动，即可以经反射件200将激光光束反射到接触焊接面b，使得激光焊接时的运动更简单，不需要使用多轴联动等复杂机构便能对两塑料工件300、400实施侧焊。

在其中一个实施例中，塑料工件300和塑料工件400其中之一是由对激光光束透明的材料制成，另一个是由吸收激光光束的材料制成。例如图1所示，塑料工件300采用对激光光束透明的材料制成，塑料工件400采用吸收激光光束的材料制成。进而反射件200将激光光束透射该塑料工件300时，由于塑料工件300对激光光束透明，因而不会吸收激光光束的激光能量，并且激光光束透过塑料工件300后几乎毫无损失的斜射到塑料工件400的侧面。由于塑料工件400可以吸收激光光束，因此，塑料工件400于激光光束所照射的接触焊接面b吸收激光能量而熔化，经冷却后与塑料工件300熔接在一起。在本实施方式中，由于激光光束经过反射件200反射后，透过塑料工件300入射到两塑料工件300、400接壤处的接触焊接面b，即，激光光束的能量集中到塑料工件300、400的相对接的侧面上，而不会在两塑料工件300、400的表面形成焊接痕迹；且这种倾斜入射到接触焊接面b的侧焊方式，可以将两塑料工件300、400相接壤的整个侧面熔接在一起，从而避免虚焊而导致焊接效果不佳的问题。

需要说明的是，在另一些实施方式中，两待焊接的塑料工件300、400均由对激光光束透明的材料制成，这样激光光束经反射件200发射后，依然可以倾斜的入射两塑料工件300、400接壤处的接触焊接面b，此时，只需要在该接触焊接面b处设置可以吸收激光能量的材料层或涂覆可吸收激光辐射的物质，既可以使得接触焊接面b处吸收激光能量而将两待焊接的塑料工件300、400熔接在一起。例如，在两塑料工件300、400至少一个上于接触焊接面b处涂覆可吸收激光辐射的物质，因此，在激光光束入射到接触焊接面b时，接触焊接面b所涂覆的可吸收激光辐射的物质便可以吸收激光能量，进而将两塑料工件300、400熔接在一起。当然，也可以在两塑料工件300、400之间的接触焊接面b处设置对激光光束不透明的材料层，进而在激光光束入射到处于接触焊接面b处的材料层时，对激光光束不透明的材料层便会吸收激光的辐射能量而实现升温，进而将两塑料工件300、400熔接在一起。

结合图2所示，反射件200由对激光光束透明的板材制成，并于板材的一侧形成斜切面200b，斜切面200b上镀有激光全反射膜。需要说明的是，反射件200是由透光的板材制成，例如PMMA板；这样，在激光光束入射该反射件200后不会被吸收，且由于形成于板材一侧的斜切面200b上镀有激光全反射膜，进而可以将改变入射到该斜切面200b上的激光光束的光路，具体的，将反射后的激光光束倾斜的入射到两待焊接的塑料工件300、400相接壤的接触焊接面b上，以实施焊接。

反射件200具有上下相对的第一表面200a与第二表面200c，斜切面200b形成于第一表面200a与第二表面200c之间。激光光束对两待焊接的塑料工件300、400进行焊接时，第二表面200c压在塑料工件300、400上并沿两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝移动。进而，反射件200不仅使得激光光束倾斜的入射两塑料工件300、400对接所形成的接触焊接面b，此外，还可以在激光光束在熔接两塑料工件300、400时，将两塑料工件300、400的表面压平，进而使得焊接在一起的两塑料工件300、400表面更平整。

上述实施方式中，激光光束竖直入射斜切面200b上的激光全反射膜，以将激光光束倾斜入射两待焊接的塑料工件300、400对接形成的接触焊接面b。需要说明的是，本实施方式中，斜切面200b相对于水平面的倾斜角度呈锐角α，且α大于45°，进而使得激光光束竖直入射到斜切面200b上的激光全反射膜后，出射光与入射光的夹角大于90°，也就是说，经过反射件200反射后的激光光束倾斜朝反射件200的第二表面200c出射。在本实施方式中，激光光束经反射件200反射后，激光光束的聚焦点位于距离反射件200的第二表面200c下方的d₁处，也就是说，激光光束可以从反射件200底部的第二表面200c出射到接触焊接面b，以确保激光光束可以对两塑料工件300、400实施焊接。

结合图3所示，由于倾斜入射到接触焊接面b上的激光光束是由反射件200的斜切面200b上的激光全反射膜反射而来，因此，反射件200改变光路前的激光光束的焦点f₁和经过反射件200改变光路后的激光光束的焦点f₂以斜切面200b所在平面为对称面相互对称。在激光器100相对反射件200的聚焦高度不变的情况下，相对该反射件200的斜切面200b横向平移(即图3中左右方向)时，即，激光光束未经反射件200反射而使焦点f₁保持距离反射件200的第二表面200c下方d₂处平移时，经过反射件200改变光路后的激光光束的焦点f₂会沿一倾斜的轨迹移动，也就是说，不改变激光器100的聚焦高度而相对反射件200的斜切面200b横向平移时，激光光束经反射件200反射后的聚焦点与反射件200的第二表面200c之间的距离d₁是呈线性变化的，因此，可以通过激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移，使得激光光束在两待焊接的塑料工件300、400相接壤的接触焊接面b内上下移动，进而配合激光器100的激光光束沿两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝移动，实现对接触焊接面b全幅面激光焊接，以提高两塑料工件300、400的连接稳定性。

需要说明的是，在一些实施方式中，可以在激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移时，调节激光器100的聚焦，使得经过反射件200改变光路后的激光光束的焦点f₂会在相对反射件200的第二表面200c上下移动时始终位于接触焊接面b上，进而保证激光光束的能量较为集中，提高焊接精度。例如，如图1所示出，两待焊接的塑料工件300、400的接触焊接面b呈竖直的侧立状态时，随着激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移(即图1中左右方向)时，如果不对激光器100进行调焦，激光光束经过反射件200反射后，就会如图3所示，焦点f₂会沿一倾斜的轨迹移动。相应的，在不移动该激光器100时，可以经过对激光器100进行调节，使得激光光束聚焦到接触焊接面b，因此，在激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移过程中的每一个的瞬间状态，都可以通过调节激光器100的聚焦状态，使得激光光束聚焦到接触焊接面b。也就是说，在激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移时，是可以通过对激光器100的实时调焦，将经反射件200反射的激光光束始终保持聚焦到接触焊接面b上。

继续参照图3所示，由于反射件200改变光路前的激光光束的焦点f₁和经过反射件200改变光路后的激光光束的焦点f₂以斜切面200b所在平面为对称面相互对称，因此，在不改变激光器100的聚光焦点而使激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移时，焦点f₁的移动轨迹和焦点f₂的移动轨迹也是以斜切面200b所在平面为对称面相互对称的，也就是说，在斜切面200b相对于水平面的倾斜角度呈锐角α时，焦点f₁的移动轨迹所在线和焦点f₂的移动轨迹所在线之间的夹角是α角的2倍。在一些实施方式，分别对两待焊接的塑料工件300、400相对接的边缘进行切削，以使两待焊接的塑料工件300、400相对接处呈楔形，且该楔形的顶角β等于2倍的α，也就是说，焦点f₂的移动轨迹所在线与两待焊接的塑料工件300、400相接壤的接触焊接面b相平行，进而将反射件200与激光器100水平移至一定位置时，可以使得焦点f₂的移动轨迹位于接触焊接面b上，即，激光器100相对反射件200的斜切面200b横向平移时，不对激光器100调焦就能使经反光镜反射后的激光光束始终垂直聚焦到接触焊接面b，以具有较好的激光焊接效果。

在一些实施方式，在将反射件200移入激光光束进行改变激光光束入射塑料工件300、400前，将激光光束聚焦于塑料工件300、400的底面，即塑料工件300、400的厚度d＝d₂。进而可以快捷的将激光器100所发射出的激光光束调焦至经过反射件200反射后的激光光束刚好聚焦到接触焊接面b，也就是说，在将反射件200移入激光光束的光路中且于焊接处两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝的底部轮廓位于反射件200的斜切面200b时，激光光束经反射件200反射后聚焦上接触焊接面b。

需要说明的是，在激光光束沿两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝移动进行焊接时，反射件200随激光光束沿两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝移动，且利用紧贴斜切面200b的校准光束入射塑料工件300、400并始终保持校准光束经过两待焊接的塑料工件300、400之间的对接缝的底部轮廓，以确保激光光束倾斜透射的塑料工件300、400上呈楔形的顶角β的角平分线位于反射件200的斜切面200b，使得经过反射件200反射的激光光束沿对接缝移动的过程中保持聚焦在接触焊接面b上，对两塑料工件300、400接壤处的接触焊接面b进行精确焊接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于对接塑料工件的激光焊接方法，其特征在于，将两待焊接的塑料工件对接形成接触焊接面，且两待焊接的塑料工件在所述接触焊接面处能够吸收激光能量，通过反射件将激光光束由其中一塑料工件倾斜透射到该接触焊接面，将激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动，使得塑料工件在接触焊接面处吸收激光能量后开始熔化，并经过加压冷却后，两塑料工件连为一体；所述反射件由对激光光束透明的板材制成，并于所述板材的一侧形成斜切面，所述斜切面上镀有激光全反射膜；所述反射件具有上下相对的第一表面与第二表面，所述斜切面形成于所述第一表面与所述第二表面之间，激光光束对两待焊接的塑料工件进行焊接时，第二表面压在塑料工件上并沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，其中一塑料工件由对激光光束透明的材料制成，另一塑料工件由吸收激光光束的材料制成。

3.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，两待焊接的塑料工件均由对激光光束透明的材料制成，且至少一塑料工件于接触焊接面处涂覆可吸收激光辐射的物质。

4.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，在两塑料工件之间设置对激光光束不透明的材料层。

5.根据权利要求4所述的激光焊接方法，其特征在于，所述反射件由透光的PMMA板制成。

6.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光光束竖直入射所述斜切面上的激光全反射膜，以将激光光束倾斜入射两待焊接的塑料工件对接形成的接触焊接面。

7.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述斜切面相对于水平面的倾斜角度呈锐角α，且α大于45°。

8.根据权利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于，分别对两待焊接的塑料工件相对接的边缘进行切削，以使两待焊接的塑料工件相对接处呈楔形，且该楔形的顶角β等于2倍的α。

9.根据权利要求8所述的激光焊接方法，其特征在于，在将反射件移入激光光束进行改变激光光束入射塑料工件前，将激光光束聚焦于塑料工件的底面。

10.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，在激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动进行焊接时，反射件随激光光束沿两待焊接的塑料工件之间的对接缝移动，且利用紧贴所述斜切面的校准光束入射塑料工件并始终保持校准光束经过两待焊接的塑料工件之间的对接缝的底部轮廓，以确保激光光束倾斜透射的塑料工件上呈楔形的顶角β的角平分线位于反射件的斜切面，使得经过反射件反射的激光光束沿对接缝移动的过程中保持聚焦在所述接触焊接面上。

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