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塑料與金屬激光焊接

  • 時間:2021-07-01

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塑料與金屬連接工藝

 

如今,在越來越多的工業應用中,激光器已被視為一種用于直接將塑料/ 復合材料與金屬進行焊接的替代解決方案,這種非接觸式的加工手段提供了最高的工藝靈活性。

 

當前,汽車行業的驅動因素之一是如何在不增加成本或對性能、質量和安全性等造成損害或影響的情況下制造出更輕量化的汽車。例如對于座椅結構來說,這主要包括使用更薄,強度更高的鋼材,近年來混合型材料結構也得到了廣泛的研究。這一點同樣適用于僅金屬類的混合結構以及金屬/塑料復合材料所打造的部件結構。

 

這些混合材料結構的使用會帶來許多不同的挑戰,最明顯的是如何將具有不同化學、機械和熱性質的構成材料焊接在一起。目前用于焊接塑料和金屬材質的最傳統的技術是粘合劑粘合、機械焊接、包覆成型或這些工藝的組合,此類手段都涉及大量的組裝操作,以及會產生設計上的限制。

激光器

 

在越來越多的工業應用中,激光器已經被視作為一種用于直接將塑料/ 復合材料與金屬進行焊接的替代型解決方案。該方法不需要額外的液體/固體粘合劑或組裝元件,并且與機械接頭和復雜且昂貴的模具相比,激光器提供了很高的工藝靈活性。

 

激光直接連接金屬與塑料首先需要金屬表面處理,通過在該區域掃描激光并局部燒蝕材料,在金屬表面上形成帶槽的微觀結構。 凹槽可以小到幾微米寬,而通過在同一區域上多次掃描激光可以改變深度。使用高頻脈沖激光器在金屬表面加工出深槽后,使用治具壓合金屬與塑料,利用連續激光加熱熔化結合處塑料后形成有效連接。

 

 

                                 

 

塑料與金屬連接效果

 

通過測試,各類熱塑性塑料均可與不銹鋼、鋁合金、銅合金等實現連接,焊接后破壞拉伸測試焊縫不脫落,焊接強度可高于塑料母材強度。

                                                                 

 

塑料與金屬連接應用

 

    Faurecia公司汽車部件中座椅靠背后兩側側梁構件采用PA+GF30復合材料,其他鋼部件保持不變,通過激光實現上下橫梁組件和復合側梁構件之間的焊接。

 

 

      在很多工業應用中,人們對于小型并且質輕的零部件具有非常強烈的需求。為了滿足需求,異種材料的連接成為了人們關注的焦點。在產品設計的過程中,因金屬材料本身具有很多優異的性能,如:高塑性、高導熱性、易加工性等,因此在異種材料連接方面是不可或缺的。同時,塑料具有抗腐燭性、重量輕及隔熱性等優點。但是由于兩種材料的不同的性質,在生產零件的過程中,實現金屬與塑料的良好連接就成為難點。異種材料的連接通常采用膠接和機械連接。使用激光連接小型并且復雜的形狀的產品是解決塑料與金屬材料有效的方法。


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