焊接部件設計

1 基本要求

注塑件的焊接性能主要有以下幾個方面決定：

– 元器件的設計要求；

– 所使用的焊接工藝；

– 零件的材料；

– 零件的結構。

為了能夠在焊接區域內產生焊接過程中所需的焊接壓力，焊接部件的結構需要根據使用的焊接工藝進行設計。激光透射焊接中，要求透射激光的部件具有較高的透射率，使得激光光束能夠直接作用于焊接區域。而焊接半結晶塑料或者填充塑料時，需要在保證部件機械性能的基礎上，使激光的穿透深度盡可能的淺。

2 激光透射焊接的基本原理
激光透射焊接中，激光光束穿透上層透射部件，照著到下層吸收激光的部件。激光能量被吸收部件中的染料或添加劑顆粒吸收，轉化為熱量。吸收部件融化，通過熱傳導，熱量傳遞到上層透射零件中。在焊接開始前，兩部件在外部壓力的作用下相互接觸。焊接過程中，零件被局部加熱，材料的熱膨脹會提供附加的內部焊接壓力。在內部和外部焊接壓力的共同作用下，兩部件被牢固的焊接在一起。激光光束和焊接部件的相對移動形成整條焊縫。

3 材料的光學性能要求
在激光透射焊接中，對兩焊接部件光學性能的要求有很大的不同。焊接的先決條件就是一個焊接部件激光透射率很高，而另一個部件激光吸收率很高。同時，兩焊接部件的激光反射率都不能太高，否則要使用很高的激光能量密度才能夠使焊接區域內的材料熔化。

在近紅外光譜范圍內，無添加劑的熱塑性塑料通常都有很高的激光透射率。同時，不透明的局部結晶塑料、著色塑料以及使用特殊染料著色的黑色塑料也可能具有足夠的激光透射率。而通過添加激光吸收劑，可以使焊接部件在表層吸收激光能量。

4 焊接接頭型式的工程設計
需要根據焊接任務的要求，來設計零件焊接區域的形狀。焊接工藝的選擇、注塑零件的形狀以及兩焊接零件的光學和機械性能決定了焊接接縫的型式。注塑件中的交疊部分（如接套、插槽、定位結構等）不能位于激光光源與焊接接縫之間，因為這樣會產生陰影阻礙激光傳輸。

激光透射焊接一般可以分為有焊縫位移和無現焊縫位移兩種形式。

如果焊接過程中無焊縫位移，那么焊接接頭型式與膠接技術中的接頭型式基本相同（如圖1）。

圖1 激光透射焊接中簡單的焊接接頭型式

激光透射焊接工藝中，在不出現焊縫位移的情況下，為了能夠得到較高的焊縫強度，兩焊接部件的接觸面必須平滑均勻，焊接前避免存在接頭間隙。焊接時，兩焊接部件需要使用加緊裝置（如氣動加緊裝置）夾緊。而對于環形部件，可以通過兩部件的過盈配合來減小接頭間隙（如圖2）。

對于存在焊縫位移的焊接，要求其中一個焊接部件必須能夠產生位移。設計時，應該避免零件的邊界、加強筋以及隔板等阻礙焊縫位移的產生。而且在部件設計時，需要設計空腔用于存貯熔化的塑料，以改善零件的外觀（如圖3）。

圖3 有焊縫位移的焊接接頭形式（可以存貯熔化的塑料）

在焊接過程中，加緊裝置不可以干涉激光光束的傳輸（如圖3）。在設計時，要特別注意加緊裝置和焊接部件的相對位置關系。

圖4 有焊縫位移的焊接接頭設計舉例