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一種正在被重視的工藝_塑料激光焊接

發表時間:2019-06-01 14:11:28   瀏覽量:923
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塑料激光焊接定義:

隨著綠色環保理念在全球工業生產中的貫徹以及生產成本控製方麵的考慮,塑料作為一種性能優異的可再生非金屬材料,被日益廣泛地應用在各行業的零部件設計、製造上,傳統的金屬部件越來越多地被擁有同樣工作性能的塑料部件替代,同時對塑料零件之間的焊接連接技術和焊接質量也提出了更高的要求,這些變化為激光焊接技術在塑料材料領域的應用提供了契機。


一、傳統塑料焊接常用的方法:

1. 超聲波焊接:
超聲波焊接法通過機械高頻振動而形成接縫。待裝配的部件加壓夾持於振蕩焊頭和固定焊頭之間,然後與接觸麵呈直角,接受頻率為20~40KHz的超聲振動。交替式高頻應力在接縫界麵處產生熱量,從而形成優質的焊接。

用於這一工藝的工具十分昂貴,因此,適宜在生產量較大時采用。應用領域包括在多頭機上焊接醫療器材所用的閥門和篩檢程序、盒體、汽車部件、吸塵器外殼等。

二、塑料激光焊接原理:

最常用的激光焊接形式被稱為激光透射焊接,首先將兩個待焊接塑料零部件加壓力夾在一起,然後將一束短波紅外區的激光定向到待粘結的部位。
塑料激光焊接
圖1 塑料激光焊接基本原理圖

激光束通過上層透光材料,然後被下層材料吸收,激光能量被吸收後轉換為熱能,由於兩層材料被壓在一起。熱能從吸收層傳導到透光層上,使得兩層材料熔化並結合。
塑料激光焊接
圖2 塑料激光焊接過程示意圖

同時由於材料本身的熱膨脹擴張產生內部壓力。內部壓力與外部壓力共同作用確保了兩部分的堅固焊接。圖1、圖2直觀地說明了塑料激光焊接的原理與過程。

在實際應用中,塑料激光焊接有幾種不同的焊接工藝方法:

順序型周線焊接:激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動並使其熔化,將塑料層逐漸粘結在一起;或者將被夾層沿著固定的激光束移動達到焊接的目的。
塑料激光焊接
同步焊接:來自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,同時在焊縫處產生熱量,從而使整個輪廓線同時熔化並粘結在一起。

掃描焊接:掃描焊接又稱準同步焊接,掃描焊接技術綜合了上述順序型周線焊和同步焊接兩種焊接技術。利用反射鏡產生高速激光束10 米/秒的速度,沿著待焊接的部位移動,使得整個焊接處逐漸發熱並熔合在一起。

照射掩膜焊接:激光束通過模板進行定位,熔化並粘結塑料,模板隻暴露出下麵塑料層上麵積一個很小的精確的焊接部位,激光束僅對製品上沒有被掩膜遮住的部分加熱。使用這種技術可以實現低至10微米的高精度焊接。

三、塑料激光焊接的工藝:

1. 激光的波長:

塑料焊接過程中常用的是二極管激光器或半導體激光器。光束處於近紅外區域,並且光束波長在400~1,100μm,可以通過光纖傳輸,在這個範圍內的激光束可以被大多數的塑料所吸收。二極管激光焊接係統緊湊,並且激光器還可以達到更高級別的功率。激光的波長可以根據特殊要求來設計。半導體激光器的波長一般是808~980μm。半導體激光器投資成本小,體積小,效率高。

2. 塑料材料:

熱塑性塑料包含無定形塑料和半晶性塑料。能夠被激光焊接的塑料均屬於熱塑性塑料。理論上,所有熱塑性塑料都能夠被激光焊接。塑料激光焊接技術對被焊接塑料的要求為:在熱作用區內的材料,要求對激光光波的吸收性好;不屬於熱作用區部分的材料,則要求對光波的透過性好,尤其在對兩件薄塑料件進行疊焊時更是如此。一般向熱作用區塑料中添加吸收劑可以達到目的。

3. 其他參數:

與金屬焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率並不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的熱作用區就越大、越深,將導致材料過熱、變形、甚至損壞。應該根據需要融化的深度來選擇激光功率。

塑料激光焊接的速度比較快,一般得到1mm厚焊縫的焊接速度可達20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以達到750m/min。

四、塑料激光焊接的優勢:
塑料激光焊接
激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方麵之一。20世紀70年代主要用於焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬熱傳導型,即激光輻射加熱工件表麵,表麵熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控製激光脈衝的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由於其獨特的優點,已成功應用於微、小型零件的精密焊接中。與傳統塑料焊接工藝相比,激光焊接具有焊接強度高,加熱和冷卻速度極快,熱影響區小,焊接應力和變形很小;非接觸加工,對焊件不產生外力作用,可焊接難於接觸的部位;焊接工藝穩定,焊縫表麵和內在質量好,性能高;激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接等諸多優點。

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