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一種正在被重視的工藝_塑料激光焊接

发表时间:2019-06-01 14:11:28   浏览量:747
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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産中的貫徹以及生産成本控制方面的考慮,塑料作爲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、制造上,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,這些變化爲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. 超声波焊接:
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于振蕩焊頭和固定焊頭之間,然後與接觸面呈直角,接受頻率爲20~40KHz的超聲振動。交替式高頻應力在接縫界面處産生熱量,從而形成優質的焊接。

用于這一工藝的工具十分昂貴,因此,適宜在生産量較大時采用。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爲激光透射焊接,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
图1 塑料激光焊接基本原理图

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爲熱能,由于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
图2 塑料激光焊接过程示意图

同時由于材料本身的熱膨脹擴張産生內部壓力。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,同時在焊縫處産生熱量,從而使整個輪廓線同時熔化並粘結在一起。

扫描焊接:扫描焊接又称准同步焊接,扫描焊接技术综合了上述顺序型周线焊和同步焊接两种焊接技术。利用反射镜产生高速激光束10 米/秒的速度,沿着待焊接的部位移动,使得整个焊接处逐渐发热并熔合在一起。

照射掩膜焊接:激光束通過模板進行定位,熔化並粘結塑料,模板只暴露出下面塑料層上面積一個很小的精確的焊接部位,激光束僅對制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. 激光的波长:

塑料焊接過程中常用的是二極管激光器或半導體激光器。光束處于近紅外區域,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。二極管激光焊接系統緊湊,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于熱塑性塑料。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爲:在熱作用區內的材料,要求對激光光波的吸收性好;不屬于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. 其他参数:

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爲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面之一。20世紀70年代主要用于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面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、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。由于其獨特的優點,已成功應用于微、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,對焊件不産生外力作用,可焊接難于接觸的部位;焊接工藝穩定,焊縫表面和內在質量好,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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