有關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對焊接質量所造成的影響進行研究。通過對焊接的樣品進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度所造成的影響進行分析，進而保證焊接的質量。

關鍵詞：HDPE 激光 塑料焊接 工藝 焊縫

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

1 激光滲透焊接技術的優點

激光透射焊接技術的主要優點有：第一，生成的焊縫密封、牢固而且精密；第二，控制方便，能進行自動化操作，適用性強；第三，除了焊接區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，焊接的速度和質量都比較高；第六，制品的振動應力和熱應力在很大程度上得到了降低；第七，焊接時不用接觸，不會產生污染。

2 激光滲透焊接技術適用的主要領域

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

3 激光透射焊接技術的原理

該種焊接技術也被成為近紅外透射焊接，它的主要原理是紅外激光束經過透鏡和反射鏡或者是光路系統，把激光器產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行吸收，而另外一個當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行吸收，進而形成熱作用區域，在該區域內由于熱作用會將塑料融化掉，也就完成了焊接。

4 有關實驗情況

在實驗中，根據實驗的需要采用了一臺激光儀器，一共對六個影響因素進行了實驗，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。使用正交法來進行試驗。

5 分析試驗結果

5.1 焊接因素對剪切強度的影響

根據實驗的結果，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該進行合理的選擇。然后依據正交試驗分析結果和拉伸測試的結果，將最合理的焊接參數確定出來。結果由拉伸測試結果和正交試驗分析結果獲得的最合理的焊接參數和相似，其中產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確定出來。當激光的功率為75 W時，圖1為焊接速度對拉伸強度所產生的影響，焊接速度為1 mm/s時，拉伸強度受到激光功率密度的影響如圖2所示，結果在圖中都有顯示，不作分析。

圖1 激光的功率為75 W時焊接速度對拉伸強度所產生的影響

圖2 焊接速度為l mm/s時激光功率密度對拉伸強度的影響

當功率密度比較高時，在HDPE焊接樣品的表面會有黑色的焊縫出現，造成這種現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，導致材料被碳化了，因此有黑色的焊縫在焊接的表面出現。想要避免這種現象的發生，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，導致這種問題是因為焊縫不均勻產生集中應力，所以在拉伸測試時有斷裂出現。

5.2 焊接因素對焊接寬度的影響

從實驗的結果可以得知，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，當激光功率不斷增大時，焊接的寬度呈現出了先增大后減小的趨勢，在最后趨于穩定。出現這種現象的主要原因是一開始當激光功率不斷增大時，焊接處受到的熱作用區域也隨著增大，無疑焊縫就會增大，而激光功率增大到一定程度時，材料就會發生分解，導致焊接的寬度變小。

6 結語

經過分析可以得知各個焊接因素對焊接強度都有一定的影響，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，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這種現象；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，可以根據經驗和需要進行選擇；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，進而確定出合理的焊接參數。進而更好地為各個行業提供更為優質的服務。

參考文獻

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