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激光焊接在汽车塑料制件中的应用

塑料激光焊接技术属于非接触焊接技术。同其它焊接方法相比,它具有非接触、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、热应力最小、易于控制、灵活性好、适应性好等诸多优点。 车用塑料的连接是其广泛应用的关键环节,塑料焊接技术水平高低是衡量汽车生产技术水平及新材料开发水平的标志之一。如今,采用激光焊接的方式更为经济、简单、快捷、可靠且适用于大批量生产,在汽车工业获得了愈来愈广泛的应用。图片

图:激光塑料焊接在汽车零配件制造中的应用案例(来源久恒)

激光焊接原理是激光束产生的热量使塑料接触面熔化,进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术,达到裁切熔接,达到防水目的。激光焊接塑料技术是很专业化的粘结技术,当要求高速焊接以及要求精密焊接或无菌条件焊接时,这就可以发挥出激光焊接最好的优势。

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该技术曾经受制于价格因素,但是随着设备价格的不断下降,已经在很多应用领域比超声波焊接以及热板焊接更具竞争力。

汽车用塑料分为热固性塑料、热塑性塑料两种。绝大多数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能采用激光焊接,如PS,PVC和PP等材料。对于吸收率低的热塑性塑料,一是选择激光的种类;二是通过添加激光增敏剂(如炭黑等),可以大大提高塑料对近红外激光的吸收率。通过对各种塑料材料对激光反射率和透过率的研究,可以解决激光焊接塑料的材料等问题。

一、汽车燃油系统塑料部件的激光焊接

 汽车行业国六标准的出台催生了一大批燃油系统的注塑部件需要使用激光来进行焊接,比如,最典型的油气分离器的焊接、各种各样的燃油管路与塑料接头的焊接、消音器的焊接、各种组合阀体的焊接以及单向阀等阀体的焊接等等。各种燃油系统的塑料激光焊接部件使用的主要是两种材料:加有玻纤的尼龙以及POM材料。这两类塑料材料均是经过汽车行业各种激光塑料焊接应用长时间验证的材料,作为激光焊接的材料本身没有任何问题。

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燃油过滤器塑料激光焊接(上海三束提供)

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EA888三代燃油大众油水分离器激光焊接(上海三束提供)

二、EPB电子驻车系统塑料部件的激光焊接

EPB电子驻车系统塑料部件的激光焊接主要涉及到EPB电子驻车控制器外壳以及EPB电子驻车MGU部件塑料外壳的激光焊接。在结构设计上面,EPB控制器及MGU部件外壳的设计都采用准同步焊接的设计结构,底部外壳上设计焊接筋,激光光斑沿焊接筋快速扫描,融化整个焊接筋后形成下榻完成焊接。准同步激光塑料焊接工艺的优点在于,其一方面可以通过焊接筋的下塌补偿塑料零部件的变形;另一方面可以通过监控焊接筋的下塌来作为质量监控的标准之一。

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三、汽车仪表板的塑料激光焊接

传统的仪表板都是通过振动摩擦的塑料焊接方式进行焊接,焊接过程中的高频振动存在刮花仪表板的表面,因此振动摩擦焊的夹具需要包覆软性材料来防止焊接过程对仪表板表面的刮伤。振动摩擦焊另外一个小问题是焊接过程产生焊渣,清洁度不好。对于仪表板焊接,振动摩擦焊接最大的问题是焊接后会有大量的溢胶产生,焊接线或者焊接区域非常不美观。传统的做法是将这些焊接线进行隐藏。但是随着汽车内饰设计的不断紧凑化,留给塑料焊接设计的空间已经越来越小,很多时候仪表板的焊缝是完全暴露在可视范围内的。因此,寻找一种新的美观的塑料激光焊接工艺已经变成了现实需求。

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四、汽车车灯的塑料激光焊接

根据空气动力学设计出形状各异的汽车车灯,以往传统的塑料焊接技术包括激光焊接技术都只能对二维部件进行焊接,如今的三维塑料激光焊接技术却能突破二维的障碍,它可以将三维的物体天衣无缝地拼接起来,不仅提高了产品的质量,也大大降低生产成本。

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图:丰田RV4荣放尾灯(上海三束提供)

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图:奥迪A6尾灯(上海三束提供)

在汽车行业,有些结构采用激光焊接才能更好的达到要求,对于新能源汽车氛围灯防水结构的气密性而言,此结构尺寸小,结构复杂,并且需要5级以上的防水要求,采用其 他类似于超声波,摩擦焊等焊接方式都不能同时满足以上的要求。

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五、电动汽车动力电池解决方案

杜邦Zytel HTN LTFR52G30NH BL662激光透明无卤尼龙树脂是专门为汽车电气系统和消费电子产品的非常薄的零件而设计的。它提供了良好的阻燃等级(V0在0.4毫米),同时保持耐化学性和尺寸稳定性能。它可以用来制造锂离子电池的外壳,这是一个及时的创新,因为汽车电气化正在革命个人和大规模流动性。

现代汽车在其最新车型NEXO的燃料电池动力系统中采用了Zytel® HTN高性能聚酰胺树脂,其中包括电池堆和热管理系统。 Zytel® HTN可以注塑成型为结构复杂的部件,通过激光焊接简化组装过程,降低总体成本和重量,并提高整个系统的耐用性和可靠性。

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图:现代NEXO燃料电池发动机舱

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