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应用报道 Application Report
激光连接工艺制造金属—
热塑性材料混合零件
LASER JOINING PROCESS YIELDS
METAL-THERMOPLASTIC HYBRID PARTS
粘接和激光远程技术将塑料与金属连接在一起
作者：Annett Klotzbach 德国弗劳恩霍夫物质与光束技术研究所
由 金属和热塑性材料制成的负载
适应性混合连接，因用于多种
工业应用已变得更加重要，特别是在
轻质结构领域。对于有效的工艺链和
特定的负载情况，需要优化的预处理
和连接技术，以及用于工艺模拟和特
性表征的适用工具。为此，激光可以
成为成功的关键。
对于严格制造功能集成的轻量化
结构，局部负载差异会影响不同类别
材料的使用。各种子部件的连接对连 图1：热直接连接前对低碳钢进行激光表面预处理。
接技术提出了特殊要求。例如，金属 或平整度公差，会导致强度的急剧下 图 1）。用粘合剂或塑料熔体填充所
嵌件和螺纹衬套在注塑工艺中粘合到 降。为了获得与螺纹连接相当的传输 得到的空腔，形成宏观的形状闭合。
塑料上。首选的连接工艺是夹子、螺 强度，需要将大表面粘合在一起。 现在，这种预处理策略提供了比
钉连接或铆钉的连接。然而，胶合也 然而，由于工艺灵敏度，所需的 通过粘合剂粘合和形状配合相结合更
已越来越多地进入汽车工业，特别是 连接面积和大量的单个工艺步骤，粘 可靠地连接材料的可能性。
在塑料整流罩部件与金属加强结构粘 合被证明是不经济的。通常，在粘合
合的应用中。 之前对两个连接物进行清洁或预处 通过受控加热快速连接
例如，考虑宝马 i3 的尾门，有 理，然后施加粘合剂，固定两个连接 另一种简化混合连接生产的方法
超过 11 米的粘接缝提供结构强度， 物，以及固化粘合剂（化学反应）。 是热直接连接，其中金属和热塑性材
改进的碰撞性能和简单的公差补偿。 例如，通过使用激光预处理实现 料被压合在一起。金属的快速加热导
但是，工业粘合工艺也存在困难。 了工业粘合工艺的效率提高。在这里， 致接触区域中的热塑性材料熔化，润
在机械连接中，通过纯形状和力配合 表面被清除污染并同时粗糙化，主要 湿表面并在冷却期间固化。该原理可
实现负载的传递，但是粘合需要表面 是通过脉冲激光来增加与粘合剂反应 应用于任何尺寸的表面，以及各种材
之间的优化材料接触。作用在两种材 的区域。如果加强该烧蚀过程，例如 料组合。由于明显不同的热膨胀系数，
料仅为几微米厚的边界层上的粘合力 通过使用千瓦级的连续波（CW）功 在边界层中出现高剪切应力。除了在
对变化非常敏感。油和防腐剂的污染 率激光器，可以产生深沟槽结构（见 使用过程中产生的负载之外，为了能
40 JUNE 2019 工 业 激 光 应 用 INDUSTRIAL LASER APPLICATIONS CHINA
