黃新宇

摘 要：該文主要通過(guò)正交試驗(yàn)方法，對(duì)HDPE的激光投射焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量所造成的影響進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)焊接的樣品進(jìn)行拉伸測(cè)試和切片試驗(yàn)，對(duì)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(hào)：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（a）-00-01

1 激光滲透焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

激光透射焊接技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)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(dòng)化操作，適用性強(qiáng)；第三，除了焊接區(qū)域會(huì)受到熱的影響之外，不會(huì)損壞焊接件的其余部分；第四，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種材料的焊接；第五，焊接頭看不見(jiàn)，外形美觀，焊接的速度和質(zhì)量都比較高；第六，制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力在很大程度上得到了降低；第七，焊接時(shí)不用接觸，不會(huì)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)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(guò)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(gè)需要焊接的焊接件中有一個(gè)對(duì)激光束是透明的，另外一個(gè)是非透明的，也就是一個(gè)能對(duì)激光輻射的能量進(jìn)行吸收，而另外一個(gè)當(dāng)激光束穿透它時(shí)不能損失能量。輻射穿過(guò)透明的焊接件，非透明的焊接件在接觸面上對(duì)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(huì)將塑料融化掉，也就完成了焊接。

4 有關(guān)實(shí)驗(yàn)情況

在實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要采用了一臺(tái)激光儀器，一共對(duì)六個(gè)影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，這些因素分別是焊后的保壓時(shí)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(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。

5 分析試驗(yàn)結(jié)果

5.1 焊接因素對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以將各個(gè)因素的影響確定出來(lái)，按照從小到大的順序，這六個(gè)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(shí)間、激光器的功率、焊接速度。因此在HDPE實(shí)驗(yàn)中對(duì)各個(gè)因素應(yīng)該進(jìn)行合理的選擇。然后依據(jù)正交試驗(yàn)分析結(jié)果和拉伸測(cè)試的結(jié)果，將最合理的焊接參數(shù)確定出來(lái)。結(jié)果由拉伸測(cè)試結(jié)果和正交試驗(yàn)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(gè)因素對(duì)焊接沒(méi)有太大的影響。這樣可以將最合理的焊接參數(shù)確定出來(lái)。當(dāng)激光的功率為75 W時(shí)，圖1為焊接速度對(duì)拉伸強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響，焊接速度為1 mm/s時(shí)，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(shí)焊接速度對(duì)拉伸強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響

圖2 焊接速度為l mm/s時(shí)激光功率密度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

當(dāng)功率密度比較高時(shí)，在HDPE焊接樣品的表面會(huì)有黑色的焊縫出現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的是因?yàn)榧す夤β实拿芏忍螅叱隽巳刍牧闲枰淖畲竽芰?，?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(guò)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(cè)試中也有拉伸斷裂的問(wèn)題出現(xiàn)，導(dǎo)致這種問(wèn)題是因?yàn)楹缚p不均勻產(chǎn)生集中應(yīng)力，所以在拉伸測(cè)試時(shí)有斷裂出現(xiàn)。

5.2 焊接因素對(duì)焊接寬度的影響

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得知，按照從小到大的順序，各個(gè)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(shí)間、激光器的功率。當(dāng)焊后保壓時(shí)間在35 s時(shí)，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(shí)間在35 s時(shí)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(shí)，焊接的寬度呈現(xiàn)出了先增大后減小的趨勢(shì)，在最后趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是一開(kāi)始當(dāng)激光功率不斷增大時(shí)，焊接處受到的熱作用區(qū)域也隨著增大，無(wú)疑焊縫就會(huì)增大，而激光功率增大到一定程度時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生分解，導(dǎo)致焊接的寬度變小。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析可以得知各個(gè)焊接因素對(duì)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?yàn)椋汉附铀俣?、激光器的功率、冷卻時(shí)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(huì)有黑色的焊縫出現(xiàn)，可以通過(guò)將光斑的直徑增大或者是將激光的功率降低來(lái)避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象；激光頻率器和焊接的速度這兩個(gè)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(shí)形成的焊接良好；夾具的夾緊力這個(gè)因素影響是最小的，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(lái)那個(gè)，就必須弄清楚各個(gè)因素對(duì)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(gè)行業(yè)提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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