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激光焊接金属和塑料：如何完成最大效能？

现如今，在愈来愈多的工业生产运用中，激光器已被视作一种用以立即将塑料/ 高分子材料与金属材料开展焊接的取代解决方法，这类非接触式的生产加工方式出示了最大的加工工艺协调能力。

当今，汽车制造业的驱动器要素之一是怎样在不提升成本费或对特性、品质和安全系数等导致危害或危害的状况下生产制造出更轻量的轿车。针对坐椅结构而言，这关键包含应用更薄，抗压强度高些的不锈钢板材，近些年复合型原材料结构也获得了普遍的科学研究。这一点一样适用仅金属材料类的混和结构及其金属材料/ 塑料高分子材料所打造出的构件结构。

这种热塑性树脂结构的应用会产生很多不一样的挑戰，最显著的是如何把具备不一样有机化学、机械设备和热特性的组成原材料焊接在一起。现阶段用以焊接塑料和金属材料的最传统式的技术性是黏合剂黏合、机械设备焊接、包复成形或这种加工工艺的组成，该类方式都涉及到很多的拼装实际操作，及其会造成设计方案上的限定。

现如今，在愈来愈多的工业生产运用中，激光器早已被视做为一种用以立即将塑料/ 高分子材料与金属材料开展焊接的取代型解决方法。该方式不用附加的液體/固态黏合剂或拼装元器件，而且与机械设备连接头和繁杂且昂贵的模具对比，激光器出示了很高的加工工艺协调能力。为了更好地评定这类新式激光设备的概率，法国Faurecia Automotive Seating企业与欧盟相互支助了一个名叫PMjoin 的新项目。

激光器加工工艺流程

在该方式的第二个流程中，将塑料与结构化金属材料重合配备并加温至熔化溫度。对于对光的波长全透明的塑料，激光能够 从塑料侧端释放―激光器动能根据塑料被传送到紧密连接页面上，在该页面处的动能被金属材料消化吸收。金属材料慢慢提温，且塑料的低传热性保证了部分网络热点，使塑料熔融。

针对对光的波长不全透明的塑料而言(包含大部分轿车结构塑料/ 高分子材料)，务必根据导电性加温金属材料的方法从金属材料侧端开展加温。当在页面处部分造成充足的发热量时，塑料便会熔融。在这里二种状况下，优良的温控针对防止塑料超温(造成出現皮肤毛孔)或点燃全是尤为重要的。

尽管导电性加温解决方法没法充分发挥环保节能效应，但它与建立出平稳连接头的散射加温解决方法一样合理。在此项加工工艺中，应用持续波立即二极管激光器从金属材料侧端开展导电性加温。在导电性加温和散射加温的加工工艺中，务必施压以保证发热量合理地传输到塑料中。一旦塑料做到熔化溫度，便受力注入微结构中，当制冷时，将其本身固定不动在金属材料结构中，进而产生机械设备互锁。

汽车驾驶座椅设计构思

做为PMjoin 新项目的一部分，Faurecia 公司设计了一种以其通用性的钢质坐椅结构(图2)为实体模型的定义坐椅椅背结构，在其中坐椅椅背的2个高强度钢板侧梁由PAGF30 高分子材料取代。 椅背的上，下承重梁和斜倚部件，及其坐垫和调整滑轨结构则维持不会改变。

在第一部分，最先科学研究了微结构主要参数对连接头物理性能的危害。因此，布局了一套试验设计，以生产制造出具备各种各样凹槽图案设计的简易试样，随后对样品进行拉申裁切、抗拉力和脱离实验。科学研究的主要参数包含反复(激光器)运作频次、结构相对密度(凹槽中间的间隔)、凹槽相对性于原材料表面的视角、凹槽结构相对性于荷载方位的定项、激光器种类，及其激光器输出功率。比如，能够 应用简易的凹槽几何图形样子来完成17N/mm2 的剪切强度值，这一剪切强度值是不光滑(喷砂处理)解决的表面所完成的值的2 倍之上，而且是没经解决的金属材料表面值的4 倍。

如前所述，研究发现，应用不一样(结构化)的激光器能够 完成不一样的凹槽几何图形样子。凹槽样子的不规律性和突显原材料表面的重炼层的规格(和样子)有利于将塑料导向在连接头中。

在科学研究的第二步中，小规模纳税人实验的結果被迁移到定义坐椅椅背结构上。每一个焊接点的机械设备负载，即左右承重梁部件和复合型侧梁对接扣件的焊接，及其钢斜倚部件和复合型侧梁对接扣件的焊接是根据对一款具备象征性的钢结构开展有限元分析(FE)剖析后明确的。根据小规模纳税人实验的結果，在每一个接合点明确了经FE 测算的载荷传送需要的紧密连接总面积。

因为应用了此前一个新项目中的复合型侧梁预制构件，在焊接点处必须稍微再次设计方案，以保证选用了新的根据激光器的技术性可以得到 充足的焊接总面积。除此之外，还设计方案和生产制造了新的钢支撑架以将目前的斜倚部件与复合型侧梁预制构件焊接起來。另外，也一并设计方案了合适的精准定位和夹持工装夹具。

检测結果

应用在小规模纳税人实验中明确的主要参数制做了一小部分定义坐椅椅背结构，并开展了准静态数据前冲击性和后冲击试验，及其动态性前冲击试验。二种检测种类都有利于掌握结构中的无效是怎样呈现的，动态性冲击试验显示信息了日常生活到底发生什么事。尽管后面一种只得出了一个达标或不过关的汇报，准静态数据冲击试验还回到了一个定量分析的結果―换句话说，该结构到底在什么扭距或能量情况下能无效。

虽然做为第一个检测結果而言還是比较积极主动的，但观查到的失效模式也说明设计概念依然过度凝滞。除此之外，将钢质和高分子材料构件再次设计方案后，以利润最大化其对座靠背结构特性的效应，进而完成更优秀的设计方案的发展潜力仍尚需探寻。不管怎样，这类混和结构根据了动态性冲击试验。

这一定义科学研究清晰地显示信息出应用激光器将塑料立即与金属材料焊接是取代黏合剂黏合、机械设备焊接或包复成形等传统式方式的理想化解决方法。根据此結果，半结构式的混和部件如今便能够 高效率地运用这类激光器焊接技术性了。

殊不知，在用以结构混和部件的批量生产前，依然也有一段路要走。这最少必须此外一种设计方案迭代更新，以最大限度地充分发挥二种原材料和结构的冲击韧性加工工艺的发展潜力，及其对环境湿度和溫度等长期性自变量对特性造成的危害开展评定。除此之外，还能够考虑到其他用以传输加温的取代型技术性。

来源于：荣格

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