[发明专利]一种高强度激光透射连接方法

说明书

技术领域

本发明属于激光透射焊接技术领域，特指一种能提高金属和聚合物激光透射焊接连接强度的方法。用钻削机械加工孔的方法在金属表面形成具有一定深度的凹坑，在进行激光透射焊接时熔化的透光聚合物受到焊接压力的作用流入凹坑，在焊缝处形成一种铆接结构的咬合界面，增加聚合物与聚合物的连接接触面积，从而促使金聚合物与聚合物更好的相互结合，获得高强度的激光透射焊接。

背景技术

目前，激光透射焊接技术作为一项具有不透气、不漏水、焊接速度快、精度高、焊缝强度高、无飞边、无残渣、无振动、热应力小、易于控制等诸多优点的高新加工技术，在聚合物与聚合物、聚合物与金属等同种和异种材料的焊接加工领域得到广泛应用，焊接产品伴随着激光透射焊接技术的发展，越来越多的被应用于汽车工业、医学等领域，如文献《PET薄膜与316L不锈钢薄板激光透射连接实验研究》中，316L不锈钢薄板与聚合物经过激光透射焊接可以应用于医学中作为生物植入体，但其指出激光透射连接接头的质量有待进一步研究提高。

连接强度是焊缝质量的一个重要评价指标，通常可以用剥离强度和拉伸强度衡量。随着技术的发展，汽车零部件、电子器件产品封装、医疗器械等对激光透射焊接连接强度提出了较高的要求。文献《Chemical bond formation during laser bonding of Teflon FEP and titanium》指出，透射焊接焊缝接触面上发生了反应，依靠化学键合实现连接，但是依靠化学键，其强度并不能达到目前对封装等技术高强度、耐久性的要求，实际应用中就需要在激光能量适中时寻找一种可以获得高强度激光透射焊接的方法，既可以满足实际生产中高强度、耐久性的需要，也可以大大减少成本的投入。目前国内外对于提高激光焊接强度的方法主要还是集中在优化工艺参数方面,经检索：国外文献《Effect of anodizing on pulsed Nd:YAG laser joining of polyethylene terephthalate (PET) and aluminium alloy (A5052)》中提出一种方法,其特点是:将A5052铝合金表面进行阳极氧化,形成一层阳极氧化层,在激光透射焊接时用来吸收更多的激光能量,从而形成更深层次的熔池,实现激光透射焊接连接强度的提高。文献《激光冲击表面强化对焊接接头力学性能的影响》表述了一种对焊接接头的表面强化处理提高拉伸强度的方法，此方法是在焊接后再进行焊接连接强度的提高，在透射焊接中不可避免的会造成焊接后焊缝的破坏。而本发明针对聚合物的材料特点，通过机械滚压处理改变金非透光聚合物材料表面形貌，在其表面形成有利于提高对激光吸收的凹坑，激光透射焊接时,能够使得非透光聚合物表面快速升温,透光聚合物快速融化,熔化的聚合物在焊接压力的作用下进入凹坑中，在焊缝处形成一种类似铆接结构的咬合界面，从而获得高强度的激光透射焊接，尤其是比较高的拉伸强度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度激光透射连接方法。根据激光透射焊接特点，通过钻削机械加工孔方法在金属材料的表面形成一定深度的凹坑，在焊接时使得受到焊接压力作用的熔化聚合物流进凹坑,在焊缝处形成一种铆接结构的咬合界面,增加聚合物与聚合物的连接接触面积，从而促使金聚合物与聚合物更好的相互结合，实现提高激光透射焊接连接强度。

本发明的具体步骤为：

A）形成凹坑：将表面平整的原始形貌金属用乙醇进行超声波清洗，清除其表面杂质，吹干后用钻削机械加工孔的方法，在原始形貌金属表面形成直径40um—500um，深度50um—100um，凹坑间距为2mm—5mm的凹坑；

 B）焊件装配：将表面形成凹坑的钻削后金属作为下层吸光材料，聚合物作为上层透光材料放在工作台上，聚合物搭接在钻削后金属上，聚合物和钻削后金属紧密贴近，中间没有间隙，约束层置于聚合物上，压板置于约束层上方，通过设于压板上的压头施加焊接压力，通过置于钻削后金属与工作台之间的压力传感器测量压力数值；

C）焊接试验：用能量连续的激光发生器对约束层进行激光透射，激光束的能量、激光光斑大小由激光器控制计算机调节和控制，激光束透过约束层和聚合物使金属表面温度快速达到上层聚合物的熔点，聚合物表面融化，聚合物受到压头施加的焊接压力，聚合物的表层熔化并流进凹坑，在焊缝处形成铆接结构的咬合界面，控制装置控制工作台沿X方向移动调节工件与激光束的相对位置。其中被处理的金属可根据实际材料焊接区域的位置及宽度选择凹坑的位置和行列数，同时选择凹坑的深度要参考实际焊接金属材料的厚度。