有關(guān)HDPE激光投射焊接工藝分析

黃新宇

摘 要：該文主要通過正交試驗方法，對HDPE的激光投射焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量所造成的影響進(jìn)行研究。通過對焊接的樣品進(jìn)行拉伸測試和切片試驗，對各種焊接因素給焊縫的寬度和剪切的強(qiáng)度所造成的影響進(jìn)行分析，進(jìn)而保證焊接的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：HDPE 激光 塑料焊接 工藝 焊縫

中圖分類號：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-01

1 激光滲透焊接技術(shù)的優(yōu)點

激光透射焊接技術(shù)的主要優(yōu)點有：第一，生成的焊縫密封、牢固而且精密；第二，控制方便，能進(jìn)行自動化操作，適用性強(qiáng)；第三，除了焊接區(qū)域會受到熱的影響之外，不會損壞焊接件的其余部分；第四，可以實現(xiàn)對多種材料的焊接；第五，焊接頭看不見，外形美觀，焊接的速度和質(zhì)量都比較高；第六，制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力在很大程度上得到了降低；第七，焊接時不用接觸，不會產(chǎn)生污染。

2 激光滲透焊接技術(shù)適用的主要領(lǐng)域

正是由于激光透射焊接技術(shù)有如此多的優(yōu)點，適合的領(lǐng)域也非常廣泛，主要使用的領(lǐng)域有：第一，可以用于醫(yī)療器械中，實現(xiàn)對某些特殊作用的醫(yī)用塑料機(jī)械產(chǎn)品的焊接；第二，可以用于紡織品的焊接中；第三，可以用于實現(xiàn)電子器件產(chǎn)品封裝的焊接；第四，可以用于汽車零部件的焊接等等。

3 激光透射焊接技術(shù)的原理

該種焊接技術(shù)也被成為近紅外透射焊接，它的主要原理是紅外激光束經(jīng)過透鏡和反射鏡或者是光路系統(tǒng)，把激光器產(chǎn)生的能力聚集在需要焊接的地方。要保證兩個需要焊接的焊接件中有一個對激光束是透明的，另外一個是非透明的，也就是一個能對激光輻射的能量進(jìn)行吸收，而另外一個當(dāng)激光束穿透它時不能損失能量。輻射穿過透明的焊接件，非透明的焊接件在接觸面上對激光輻射的能量進(jìn)行吸收，進(jìn)而形成熱作用區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)由于熱作用會將塑料融化掉，也就完成了焊接。

4 有關(guān)實驗情況

在實驗中，根據(jù)實驗的需要采用了一臺激光儀器，一共對六個影響因素進(jìn)行了實驗，這些因素分別是焊后的保壓時間、激光器的頻率、夾具的夾緊力、焊接速度、光斑直徑以及激光器的功率。使用正交法來進(jìn)行試驗。

5 分析試驗結(jié)果

5.1 焊接因素對剪切強(qiáng)度的影響

根據(jù)實驗的結(jié)果，可以將各個因素的影響確定出來，按照從小到大的順序，這六個因素的影響順序分別為夾具的夾緊力、激光器的頻率、光斑直徑、焊后的保壓時間、激光器的功率、焊接速度。因此在HDPE實驗中對各個因素應(yīng)該進(jìn)行合理的選擇。然后依據(jù)正交試驗分析結(jié)果和拉伸測試的結(jié)果，將最合理的焊接參數(shù)確定出來。結(jié)果由拉伸測試結(jié)果和正交試驗分析結(jié)果獲得的最合理的焊接參數(shù)和相似，其中產(chǎn)生差異的是光斑直徑，但是這個因素對焊接沒有太大的影響。這樣可以將最合理的焊接參數(shù)確定出來。當(dāng)激光的功率為75 W時，圖1為焊接速度對拉伸強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響，焊接速度為1 mm/s時，拉伸強(qiáng)度受到激光功率密度的影響如圖2所示，結(jié)果在圖中都有顯示，不作分析。

圖1 激光的功率為75 W時焊接速度對拉伸強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響

圖2 焊接速度為l mm/s時激光功率密度對拉伸強(qiáng)度的影響

當(dāng)功率密度比較高時，在HDPE焊接樣品的表面會有黑色的焊縫出現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的是因為激光功率的密度太大，高出了熔化材料需要的最大能量，導(dǎo)致材料被碳化了，因此有黑色的焊縫在焊接的表面出現(xiàn)。想要避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以通過增大光斑的直徑或者是降低激光的功率。在HDPE樣品的拉伸測試中也有拉伸斷裂的問題出現(xiàn)，導(dǎo)致這種問題是因為焊縫不均勻產(chǎn)生集中應(yīng)力，所以在拉伸測試時有斷裂出現(xiàn)。

5.2 焊接因素對焊接寬度的影響

從實驗的結(jié)果可以得知，按照從小到大的順序，各個因素度焊接寬度的影響為，激光器的頻率、焊接速度、夾具的夾緊力、光斑直徑、焊后保壓時間、激光器的功率。當(dāng)焊后保壓時間在35 s時，焊接的寬度受到激光功率大小的影響如圖3所示。

圖3 焊后保壓時間在35 s時焊接的寬度受到激光功率大小的影響

從圖3中可以看出，當(dāng)激光功率不斷增大時，焊接的寬度呈現(xiàn)出了先增大后減小的趨勢，在最后趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是一開始當(dāng)激光功率不斷增大時，焊接處受到的熱作用區(qū)域也隨著增大，無疑焊縫就會增大，而激光功率增大到一定程度時，材料就會發(fā)生分解，導(dǎo)致焊接的寬度變小。

6 結(jié)語

經(jīng)過分析可以得知各個焊接因素對焊接強(qiáng)度都有一定的影響，但影響也都是不一樣的，按照從大到小的順序為：焊接速度、激光器的功率、冷卻時間、光斑直徑、激光器的頻率、夾具的夾緊力。其中如果激光功率較高的話，在焊接樣品的表面會有黑色的焊縫出現(xiàn)，可以通過將光斑的直徑增大或者是將激光的功率降低來避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象；激光頻率器和焊接的速度這兩個因素是相互制約和影響的，如果選擇合適的激光功率，并保持較慢的速度而頻率較高時形成的焊接良好；夾具的夾緊力這個因素影響是最小的，可以根據(jù)經(jīng)驗和需要進(jìn)行選擇；光斑的直徑和焊縫的寬度之間是成正比的。想要保證焊接的直來那個，就必須弄清楚各個因素對焊接的影響，進(jìn)而確定出合理的焊接參數(shù)。進(jìn)而更好地為各個行業(yè)提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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