【丁浩】華焯-塑料激光焊接技術提升汽車產業PPTV3.pdf

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1、匯報人：丁斌 廣東華焯激光科技有限公司汽車行業塑料激光焊接技術需求背景塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接設備開發及應用透明塑料激光焊接研究現狀與應用01020304華焯激光公司簡介與解決方案05 近年來，新能源汽車市場需求旺盛，產銷創新高、保有量持續增長 新能源汽車產品技術日趨成熟，國際競爭力越來越強汽車行業市場概況汽車行業市場概況 近十年來，我國汽車產銷量穩居世界第一，汽車產量占世界汽車產量比重近年來保持在25%-33%。在國家購置稅減半政策、地方政府促汽車消費政策疊加下，2022年6月汽車市場表現良好，供應鏈已全面恢復中國新能源汽車行業市場規模中國汽車行業市場現狀 汽車輕量化可以減低

2、燃油耗用，降低使用成本，且可以減少各類污染物排放，汽車自重每減少10%，燃油的消耗可降低6%-8%為此降低整車成本及重量，增加汽車的有效載荷，增加塑料類材料在汽車中的使用量便成為關鍵 在市場競爭激烈的車市中，車企必須在質量、價格、性能、服務上有所提高，有所突破，隨著汽車向輕量化方向的發展，塑料在汽車上的用量日益增加汽車行業發展趨勢汽車行業發展趨勢 中國乘用車市場信息聯席會將2022年新能源汽車的預期銷量上調至600萬輛 根據新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年），至2025年我國新能源汽車銷量占比將達到當年汽車總銷量的20%實現彎道超車新能源汽車賽道汽車行業呈環?；?、輕量化的發展趨勢汽

3、車塑料零部件焊接需求分析汽車塑料零部件焊接需求分析汽車塑料零部件 汽車前照燈、轉向燈、防霧燈、尾燈 回復反射器、反射條、倒車鏡 發動機歧氣管、油水分離器、濾清器 傳感器、尾門撐桿等汽車零部件塑料激光焊接重點需求：汽車使用塑料的情況：汽車用塑料品種目前已達幾十種，平均每輛汽車塑料用量已占汽車自重的510 現代汽車上100kg的塑料材料取代了原先需200300kg的傳統金屬材料，減重效果十分突出，這對于節約能源，降低溫室氣體排放具有重要意義。透射塑料激光焊接原理透射塑料激光焊接原理實現透射焊接的基本條件a)一般地，熱塑性塑料才能實現激光透射焊接。b）搭接接頭上部試板的透光率至少要達到2050%，下

4、部試板對激光的吸收能力較強。激光透射焊接原理透射焊接時采用搭接或類搭接接頭上層試板為部分透光材料，下層試板為吸光材料激光透射焊接樣板激光透射焊接焊縫形成過程塑料激光透射焊接原理透射塑料激光焊接焊接光源的選擇透射塑料激光焊接焊接光源的選擇大部分塑料對近紅外光（波長范圍：800nm1064nm）的透過率較高，一般選取YAG激光和半導體激光作為焊接光源。典型塑料光譜吸收特性焊接光源的選擇實現透射焊接的基本條件a）一般地，熱塑性塑料才能實現激光透射焊接。b）搭接接頭上部試板的透光率至少要達到2050%，下部試板對激光的吸收能力較強。透射塑料激光焊接技術特點透射塑料激光焊接技術特點 非接觸式焊接，不會對

5、表面產生熱效應、劃痕或變形 焊縫美觀、牢固、不透氣不漏水，焊件表面完好無損 無粉塵、無飛邊等不良現象，在焊接過程中樹脂降解少、產生碎屑少 通過縮小光束可以將由于熱量而造成的影響降到最低，極大地減小了制品的振動應力和熱應力 不受振動或超聲波等物理影響，適用于精密零件，不會損壞產品內部的電子元器件，不會振塌產品薄壁 利用最佳工藝條件可獲得較高的結合強度和密封性，可將多種類不同的塑料材料焊接在一起 可焊接復雜輪廓結構、薄壁結構、薄料結構的產品 無刀具或工具損耗，只需要電源與氣源 綠色環保，無有毒氣味，無有害噪聲汽車產品塑料激光透射焊接塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接研究現狀 1970年Sil

6、ver.H.J.Jr和Watchtell.S等首次利用二氧化碳激光進行了塑料激光焊接 由于波長對塑料透光性的限制，二氧化碳激光器未能廣泛的應用于塑料焊接。CO2激光焊接示意圖 半導體激光器和Nd：YAG激光器、光纖激光器的出現推進了塑料激光焊接的應用塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接研究現狀工藝與機理研究 透射焊接能夠焊接大多數熱塑性塑料塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接研究現狀 Francisco Gonzlez 利用半導體激光進行了 ABS的透射焊接。線能量對熔寬的影響線能量對剪切力的影響0.01%CNT0.05%CNT0.01%CNT0.05%CNT6W+15mm/s16.5

7、W+15mm/s焊接功率對焊接質量的影響（炭黑濃度0.05%）poor jointoptimal jointdegraded joint8.5W+15mm/s塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接研究現狀 Isma l Hadriche 研究了3mm聚丙烯（PP）的半導體激光焊接焊縫橫截面示意圖熱輸入對焊縫橫截面尺寸的影響 發現焊縫的橫截面近似橢圓。熱輸入對橫截面橢圓的長軸影響不明顯，而對橢圓的縱軸（即，熔深）影響顯著塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接研究現狀炭黑濃度和激光功率對焊縫中心溫度的影響（FEM）Bappa Acherjee 研究了炭黑含量對黑色聚碳酸酯（PC）半導體激光透射

8、焊接的影響。Temperature of weld center炭黑濃度對熔深比的影響炭黑濃度對焊縫熔寬的影響塑料激光透射焊接研究現狀塑料激光透射焊接研究現狀 Dirk Herzog 利用高溫計做了透射焊接的在線溫度監測，實驗結果于溫度監測結果吻合得較好。溫度信號于焊接缺陷的對應在線監測基本原理Welding speed=50mm/s塑料激光透射焊接實驗塑料激光透射焊接實驗黑白 PP 焊接工藝實驗焊接工裝對焊接的影響 無夾緊力的焊縫力學性能極差，焊縫中出現氣孔缺陷 有夾緊力的焊縫中不存在明顯缺陷，拉伸斷裂在母材無夾緊力的焊縫斷面有夾緊力的焊縫斷面porosity塑料激光透射焊接實驗塑料激光透射

9、焊接實驗焊接工藝參數對焊接的影響激光功率對剪短力和熔寬的影響焊接速度對剪短力和熔寬的影響 功率為70W時焊縫剪斷力達到 最大，1582N 速度為4mm/s時焊縫剪斷力達到 最大1713N塑料激光透射焊接實驗塑料激光透射焊接實驗焊接速度對焊接的影響焊接速度對焊縫寬度和拉斷力的影響焊接缺陷 主要有氣孔、熱分解、表面燒損和表面坑洼不平氣孔熱分解表面燒損表面不平整 焊接速度為2.5mm/s時，焊縫剪切強度達到11.38MPa塑料激光透射焊接實驗塑料激光透射焊接實驗摻雜玻璃纖維塑料的激光焊接實驗 玻璃纖維是一種常用的塑料增強劑 提高塑料的強度、硬度、剛度等性能初步工藝研究實驗結果焊接工裝對焊接的影響1、

10、裝夾的影響2、燃燒傾向 搭接面緊密貼合 一定的夾緊力 較大的光斑直徑 適當的功率塑料激光透射焊接實驗塑料激光透射焊接實驗線能量對焊接的影響不同線能量下的焊縫橫截面aLp=0.5J/mmbLp=1J/mmcLp=1.5J/mmholeloose structurefLp=4.0J/mmLp=2.0J/mmdLp=3.0J/mme線能量對焊縫剪斷力和寬度的影響 線能量對焊縫剪切強度的影響2.06kN2.67kN2.41kN18.8Mpa16.11MPa14.92MPa 線能量為1.5J/mm時，剪斷力達到2.67kN 線能量為1.0J/mm時，剪切強度達到18.8MPa塑料激光透射焊接實驗塑料激光

11、透射焊接實驗b=3.29光斑尺寸對焊接的影響d=2.34c=2.72a=4.61不同光斑尺寸下的焊縫橫截面光斑直徑對焊縫剪斷力和寬度的影響breaking at transparent plate18.17MPa18.92MPa18.41MPa 光斑直徑為2.34mm時，焊縫出現空洞缺陷 光斑直徑超過3.5mm時，焊縫斷裂在近縫區母材 光斑直徑為2.72mm時剪切強度達到18.92MPa塑料激光透射焊接實驗塑料激光透射焊接實驗 可以將線能量與光斑尺寸整合為一個參數，即單位面積上的平均能量輸入（后文中簡稱面能量，Ep），面能量的表達式為：Ep P/(v)面能量對焊縫切強度的影響分析與討論傳統汽車

12、塑料零部件超聲波焊接方法傳統汽車塑料零部件超聲波焊接方法超聲波焊接的優點：儀表盤超聲波點焊儀表盤超聲波點焊汽車擾流板內襯超聲波點焊后保險杠超聲波點焊 一般只適用于一種或類似塑料之間的焊接 較大的零件可能需要多個焊接程序 較難實現難于實現復雜形狀焊接 噪聲污染嚴重，對聽力有害 容易損害工件、需要熱處理消除應力超聲波焊接的局限性：可熔接除鐵氟龍以外的同種/類似熱塑性塑料不會產生如化學藥劑的毒素機械化生產，取代傳統的粘膠工藝熔接時間短暫，操作簡更快捷成本低廉，減少人工透射塑料激光焊接焊接透射塑料激光焊接焊接方法方法塑料激光透射輪廓焊接過程塑料激光透射焊接焊接的主要方法包括：輪廓焊接 準同步焊接 同步

13、焊接 掩膜焊接 Global 焊接等輪廓焊接準同步焊接同步焊接Global 焊接掩膜焊接輪廓塑料激光焊接輪廓塑料激光焊接技術原理及特點技術原理及特點 一般地，輪廓塑料激光焊接的激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料逐漸粘結在一起，主要用于焊接規則外形且有焊接速度要求的零件 搭建多軸機器人進行塑料激光焊接，減小加工過程中機械手的振動而對焊接質量的影響，對曲線進行插補時用樣條線段替代直線段 通過塑料激光焊接的實時溫度管理系統，可實現對焊接質量自動檢測及控制的效果 基于實際塑料產品材料、形狀特點，研發配套工裝夾具，必要時搭載到企業原有生產線上，解決生產環境的限制準同步塑料激光焊接準同步塑料

14、激光焊接技術原理及特點技術原理及特點塑料激光準同步焊接 根據激光器輸出波長和激光振鏡焊接技術，設計并制造激光振鏡焊接頭 通過對光學準直模塊、光學可變聚焦模塊、振鏡掃描模塊的設計，獲得可編程掃描振鏡焊接頭 利用反射鏡產生高速激光束沿著待焊接的部位移動，使得整個焊接處逐漸發熱并熔合在一起 該方法通用性強，適用于平面焊縫的高效焊接 能夠快速實現產品的精密焊接，大大地縮短了焊接周期，提高了工作效率準同步塑料激光焊接（掃描振鏡焊接）塑料激光塑料激光同步同步焊接技術焊接技術原理及特點原理及特點 同步焊接技術將多個二極管激光器的激光束 通過光學元件將激光束整形，激光束被引導到沿著焊接層的輪廓線上 同時在焊縫

15、處產生熱量，從而使整個輪廓線同時熔化并粘結在一起 由于同步焊接要用到大量激光光源，因此將激光光源進行模塊化設計 每個模塊內放置一定數量的激光光源二極管，每個激光光源都有獨立的功率和光強控制，可以進行任意調節 由于有上下焊接夾具的壓力，可以有效吸收透明面罩的變形激光光源模塊化激光能量均勻分布在焊接輪廓上塑料激光焊接與傳統焊接方式對比分析塑料激光焊接與傳統焊接方式對比分析對比超聲波焊接對比振動焊接對比熱板焊接對比膠連結表面無損傷表面無損傷無飛濺、少毛刺無需添加額外材料機械應力低振動應力低熱應力低操控簡單費用低費用低費用低焊接質量高無渣無渣生產周期短生產周期短激光焊接對比傳統焊接工藝熱板焊接過程超聲

16、波焊接原理振動摩擦焊接國外塑料激光透射焊接設備開發現狀國外塑料激光透射焊接設備開發現狀焊接工業設備國外公司塑料激光焊接設備 在塑料激光透射焊接設備研發方面，歐洲已有了成熟的商用設備。透射塑料激光焊接設備在汽車行業透射塑料激光焊接設備在汽車行業的應用優勢的應用優勢高質量適用性強穩定節能環保高效益智能靈活高質量：焊縫尺寸精密、牢固、不透氣不漏水，焊件表面完好無損高效益：焊接速度快，可實現多光束同時加工及多工位加工穩定：焊接制品熱變形和殘余熱應力小，人為因素焊接質量波動小智能靈活：能焊接各種空間曲線，焊接、在線檢測全自動聯線，對難以接近的部位施加非接觸遠距離焊接適用性強：適用于各種熱塑性塑料及各種改

17、性工程塑料，囊括了雙透明塑料激光焊接、準同步焊接、輪廓焊接、微焊接等，能夠將多種類不同的塑料材料焊接在一起節能環保：極少熱量、噪聲、廢氣、液體或固體廢物排放輪廓塑料激光焊接在汽車零部件的輪廓塑料激光焊接在汽車零部件的應用案例應用案例汽車儀表盤輪廓激光焊接 搭建多軸機器人進行塑料激光焊接，生產過程自動化程度高 屬于非接觸焊接，焊接完成不會產生應力，焊接效率提高15%左右 可保證塑料制品的高強度、高穩定性、高精度 產品合格率較超聲波焊接提高了10%，大大節省了成本 采用激光焊接的方式更為經濟、簡單、快捷、可靠且適用于大批量生產，在汽車工業獲得了愈來愈廣泛的應用。輪廓輪廓塑料激光焊接在汽車零部件的塑

18、料激光焊接在汽車零部件的應用案例應用案例汽車回復反射器焊接工程案例分析：激光焊接頭的空間運動，將復雜的空間曲線轉換為空間運動減小加工過程中機械手的振動而對焊接質量的影響機械手臂受力連續，加速度過渡平緩，減小振動，保證焊接質量具備在線閉環監測、視覺補償控制等功能，搭載生產線實現產業化應用汽車塑料配件激光焊接其他應用案例：汽車回復反射器焊接項目，塑料激光焊接工作站 汽車胎壓檢測產品焊接項目，三軸定制機型 汽車氣動接頭配件焊接項目，三軸標準機型輪廓塑料激光焊接在汽車零部件的輪廓塑料激光焊接在汽車零部件的自動化應用案例自動化應用案例汽車回復反射器焊接實現自動化生產案例分析：自動化激光焊接生產線可實現自

19、動組裝、壓緊，激光焊接和自動下料整個流程全自動完成極大提高了汽車零部件的生產效率和質量為實現批量化、高品質生產提供完美解決方案 與塑料激光焊接工作站匹配，完成汽車回復發射器上下料及焊接過程全自動操作準同步塑料激光焊接在汽車零部件準同步塑料激光焊接在汽車零部件的應用案例的應用案例重點領域：汽車毫米波雷達、自動門鎖、胎壓檢測、報警裝置、平面車燈等 大大提高焊接效率，焊接速度可以做到1000mm/S，焊接效率比一般焊接效率提高10倍 施加非接觸遠距離焊接，能任意行走二維平面軌跡，焊接各種熔接面落差小，精度要求高的產品，可進行微型焊接 合格率高，可保證塑料制品的高強度、高穩定性、高精度，大大節省了成本

20、準同步塑料激光焊接在汽車零部件準同步塑料激光焊接在汽車零部件的應用案例的應用案例 德賽西威毫米波雷達焊接 大錦胎壓檢測器焊接 無錫忻潤汽車胎壓檢測器焊接 安格特胎壓檢測器焊接 麥基希畝齒輪箱總成焊接客戶案例：塑料激光塑料激光同步同步焊接技術優勢焊接技術優勢塑料激光同步焊接 激光同步焊接相比輪廓焊接而言，激光同步焊接的效率更高，時間更短 激光同步焊接方法屬于專用型焊接，適用于批量化生產的塑料制品焊接 由于激光焊頭眾多，焊接周期非常短，分段控制以實現更好的焊接過程控制 工藝簡單且可重復，不需要像激光輪廓焊接一樣進行軟件的編程 焊接后應力小，理論上可適用于任何形狀，任何尺寸 非接觸性焊接，可以從不同

21、角度進行焊接 由于光纖的能量損耗較小，在不使用輔助光學元件的情況下可以提供均勻的輸出，能將功耗損失保持在最低限度同步塑料激光焊接技術在汽車車燈同步塑料激光焊接技術在汽車車燈上的應用上的應用汽車車燈同步焊接工程案例分析：因應汽車車燈焊接接觸面積較大，且焊接一致性要求較高，設備帶有多個激光口的激光發射器，激光束通過程序引導，同步在焊接層的輪廓線進行焊接，使整個車燈輪廓線同時熔化并粘結在一起。汽車車燈同步焊接工程案例分析：采用多個連續排列的光學器件，調整激光束方向和形狀，對裝夾上工件的各個待焊部位同步加熱，使焊接部位在同一時間保持同一溫度，保證了焊接的穩定性和可靠性，規避了現有其他焊接方式的缺陷。同

22、步塑料激光焊接技術對汽車零部同步塑料激光焊接技術對汽車零部件領域發展的推動作用件領域發展的推動作用 由于光纖纖維的柔軟靈活性，光纖纖維可以布置到任何焊接的角落，復雜幾何形狀也能夠很容易實現焊接。因此同步焊接方式對產品形狀的限制是最小的。同時，由于光纖的能量損耗較小，在不使用輔助光學元件的情況下可以提供均勻的輸出，能將功耗損失保持在最低限度。同步激光焊接由于同步壓力同步焊接，因此同步焊接的間隙面差會比輪廓焊接的間隙面差控制得更好 同步焊接由于是很多激光焊頭同時焊接，焊接時間只有79s，總焊接時間更短，生產效率有極大的提高透明塑料透明塑料激光激光焊接研究焊接研究 英國開發了一種透明的塑料激光焊接吸

23、收劑可以實現透光塑料的焊接，形成幾乎肉眼不可見的焊縫。國內有企業利用黑色塑料薄膜和炭黑制成了吸光薄膜作為激光吸收劑，但焊接質量較差。也有人選用熔點較低的鋅作為透明塑料焊接的吸收劑，焊接強度高，但工藝復雜。國內僅有一家企業通過透明聚合物增加吸收量的研究，開發出透明塑料的激光焊接工藝和設備，能夠不使用吸收激光的添加劑進行透明塑料焊接。塑料激光透射焊接焊接領域最大的難點是透光+透光材料的焊接，目前國內外的研究大多停留于激光吸收劑的研究。透明塑料激光焊接原理透明塑料激光焊接原理塑明塑料激光焊接激光透明焊接焊縫形成過程 塑料透明焊接主要是由塑料對于不同波段激光所表現出來的不同穿透與吸收特性以及特定的激光

24、波長和激光頭來實現的 透明塑料焊接并不需要借助吸收劑吸收激光能量來融化焊縫處進行焊接透明塑料激光焊接透明塑料激光焊接技術的突破性技術的突破性透明塑料激光焊接實際應用案例：一次性輸液器、頭皮針輸液器、靜脈輸液針 微流控芯片、檢測芯片、內窺鏡膠囊 新生兒褪黃服、胎兒檢測器 細菌培養皿、儲血器、注射針管、血透管 氧氣罩、氧氣袋、醫用充氣氣墊等透明塑料激光焊接研發打破激光焊接應用瓶頸 透明塑料激光焊接能夠不使用吸收激光的添加劑進行透明塑料焊接 通過透明聚合物增加吸收量，能焊穿光學透明零件的厚層，確保焊接中型和大型組件時使光束可控 能把復雜的焊接模式分解為獨立幾個部分的能力，可以獨立地修改每一部分并分配

25、不同的焊接參數透明塑料激光焊接應用案例透明塑料激光焊接應用案例多光路輸液點滴管激光焊接設備工程案例分析：使用雙層透明塑料激光焊接技術 焊接工藝主要借助激光束產生的熱量使塑料接觸面熔化，進而將雙層透明熱塑性片材、薄膜或模塑零部件粘結在一起的技術 產品實現了多個輸液管路部件的同時焊接 設備具有高質量、高效益、穩定、適用性強、節能環保等優點。非接觸性焊接，生產過程干凈無污染、無菌醫療產品激光焊接應用實例：一次性輸液器焊接生產設備，首臺定制機型 一次性輸液器自動化焊接生產線升級研發中華焯公司簡介華焯公司簡介科技創新自主創新標準制定技術引領已申請專利50余項，授權40余項國內首個透明塑料激光焊接設備透射

26、塑料激光焊接設備 團體標準四項塑料激光焊接技術被評定為國內領先獲廣東省工業機械科技進步一等獎2項、二等獎1項廣東省機械工程學會科技獎一等獎2項、二等獎1項中國最具社會責任企業1項、佛山市高新技術進步獎1項等華焯公司一站式解決方案華焯公司一站式解決方案 產品技術領先：開發國內領先多軸塑料激光焊接技術 透明塑料激光焊接機技術 同步塑料激光焊接技術 準同步塑料激光焊接技術 最個性化企業定制服務 為汽車、醫療、LED、家電、電子封裝等行業企業應用推廣示范案例，適應各行業的不同需求技術板塊產品板塊 國內最全面的塑料激光焊接設備及技術方案提供商 開發國內首臺套塑料激光焊接設備，升級五大技術系列產品 開發塑料激光切割設備、金屬激光切割設備 開發定制激光打標生產線及自動化輔助生產系統產品應用情況產品應用情況汽 車：醫 療：電子、家電：匯報人:丁斌 廣東華焯激光科技有限公司