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塑料与金属激光焊接

  • 时间:2021-07-01

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塑料与金属连接工艺

 

如今,在越来越多的工业应用中,激光器已被视为一种用于直接将塑料/ 复合材料与金属进行焊接的替代解决方案,这种非接触式的加工手段提供了最高的工艺灵活性。

 

当前,汽车行业的驱动因素之一是如何在不增加成本或对性能、质量和安全性等造成损害或影响的情况下制造出更轻量化的汽车。例如对于座椅结构来说,这主要包括使用更薄,强度更高的钢材,近年来混合型材料结构也得到了广泛的研究。这一点同样适用于仅金属类的混合结构以及金属/塑料复合材料所打造的部件结构。

 

这些混合材料结构的使用会带来许多不同的挑战,最明显的是如何将具有不同化学、机械和热性质的构成材料焊接在一起。目前用于焊接塑料和金属材质的最传统的技术是粘合剂粘合、机械焊接、包覆成型或这些工艺的组合,此类手段都涉及大量的组装操作,以及会产生设计上的限制。

激光器

 

在越来越多的工业应用中,激光器已经被视作为一种用于直接将塑料/ 复合材料与金属进行焊接的替代型解决方案。该方法不需要额外的液体/固体粘合剂或组装元件,并且与机械接头和复杂且昂贵的模具相比,激光器提供了很高的工艺灵活性。

 

激光直接连接金属与塑料首先需要金属表面处理,通过在该区域扫描激光并局部烧蚀材料,在金属表面上形成带槽的微观结构。 凹槽可以小到几微米宽,而通过在同一区域上多次扫描激光可以改变深度。使用高频脉冲激光器在金属表面加工出深槽后,使用治具压合金属与塑料,利用连续激光加热熔化结合处塑料后形成有效连接。

 

 

                                 

 

塑料与金属连接效果

 

通过测试,各类热塑性塑料均可与不锈钢、铝合金、铜合金等实现连接,焊接后破坏拉伸测试焊缝不脱落,焊接强度可高于塑料母材强度。

                                                                 

 

塑料与金属连接应用

 

    Faurecia公司汽车部件中座椅靠背后两侧侧梁构件采用PA+GF30复合材料,其他钢部件保持不变,通过激光实现上下横梁组件和复合侧梁构件之间的焊接。

 

 

      在很多工业应用中,人们对于小型并且质轻的零部件具有非常强烈的需求。为了满足需求,异种材料的连接成为了人们关注的焦点。在产品设计的过程中,因金属材料本身具有很多优异的性能,如:高塑性、高导热性、易加工性等,因此在异种材料连接方面是不可或缺的。同时,塑料具有抗腐烛性、重量轻及隔热性等优点。但是由于两种材料的不同的性质,在生产零件的过程中,实现金属与塑料的良好连接就成为难点。异种材料的连接通常采用胶接和机械连接。使用激光连接小型并且复杂的形状的产品是解决塑料与金属材料有效的方法。