[发明专利]一种提高激光透射焊接连接强度的方法

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及装置。用脉冲激光处理的方法在金属表面形成凹坑，在进行激光透射焊接时熔化的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，增加金属与聚合物的连接接触面积，从而促使金属与聚合物更好的相互结合，从而实现提高激光透射焊接连接强度。

背景技术

目前，激光透射焊接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，其特点是:快速、非接触、精确、热影响区小等，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医学等领域、汽车工业，如文献《热塑性聚氨酯弹性体薄膜激光透射焊接》中，热塑性聚氨酯弹性体经过激光透射焊接可以应用于医药制品中，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来衡量。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，激光透射焊接焊缝实际接触面上发生了反应，金属与聚合物依靠化学键合实现连接，但是依靠化学键，其强度并不能满足封装等技术中高强度、耐久性的要求。目前国内外对于提高激光透射焊接连接强度的方法还主要集中在优化其工艺参数方面,经检索:文献《PET薄膜与薄钛板激光透射连接》中通过对参数优化得出连接强度随着功率增加和速度减少而增加，为达到更高强度，理论上需要更高功率，更小速度，但是在实际应用中，考虑到经济性、方便性以及安全性，就需要在激光能量适中时寻找一种可以显著提高激光透射焊接连接强度的方法，以满足实际生产中高强度、耐久性的需要。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。而本发明针对金属与聚合物的材料特点，通过脉冲激光处理改变金属材料表面形貌，在金属表面形成有利于提高对激光吸收的凹坑，激光透射焊接时,能够使得金属表面快速升温,聚合物快速融化,在焊接压力的作用下，熔化的聚合物进入凹坑中，在焊缝处形成一种铆接结构的咬合界面，从而提高了激光透射焊接连接强度，尤其是拉伸强度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高激光透射焊接连接强度的方法。根据激光透射焊接特点，用脉冲激光处理的方法在吸收层金属材料的表面形成凹坑，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,增加金属与聚合物的连接接触面积，从而促使金属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，吹干后用脉冲激光器对原始形貌金属的焊接区域冲击处理，在原始形貌金属表面形成深度为50um—130um，直径最小为40um，间距为2mm—5mm的凹坑；

 B）焊件装配：将表面形成凹坑的脉冲激光处理后金属作为下层吸光材料，聚合物作为上层透光材料置于工作台上，聚合物搭接在脉冲激光处理后金属上，聚合物和脉冲激光处理后金属紧密贴近，中间没有间隙，约束层置于聚合物上，压板置于约束层上方，通过放置在压板上的压头施加焊接压力，通过设于激光处理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：用能量连续的激光器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。      

本发明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。

本发明中金属与聚合物连接的形式采用搭接，即：金属置于下层，聚合物置于金属之上，金属与聚合物有一定的重合接触区域。