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塑料激光焊接的工艺

发布时间:2015-06-08   点击次数:367次

塑料激光焊接的工艺

激光的波长:

在激光焊接工艺(金属材料)中, 一般采用YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊接也不例外.

三者之中,由于易于获得较大功率,前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍;而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高,但对可控性和易操作性要求较高,因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地.

CO2:半导体激光三种光源的波长与最大功率以及最小聚焦直径等参数典型值如下: 

CO2激光:波长较长,10.6微米,属远红外波段,一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好.目前最大输出功率达50kW,转化效率约10,最小聚焦直径约0.20.7mm.焊接塑料时热作用区深度较深,适合于需要焊接较厚的塑料材料.CO2激光不能用光纤传输,只能$&*透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路,从而影响激光头的操作性. 

Nd:YAG激光:波长较短,1.06微米,属近红外区波长,不易被塑料吸收.最大输出功率6kW,转化效率为3,最小聚焦直径0.10.5mm.Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小,可以方便地通过光纤传输来构建光路,可将激光头装到机器人手臂上,实现焊接过程的数控和精密自动化;另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料,到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收,从而实现焊接. 

半导体激光:波长0.81.0微米,最大输出功率6kW,转化效率30,最小聚焦直径0.5mm.由于其输出输出功率较小,适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接.半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化. 

塑料材料 

能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料.理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接. 

塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此.一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的.目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括: 

PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂(有机玻璃),PC塑料,ABS塑料, LDPE-低密度聚乙烯塑料,HDPE-高密度聚乙烯塑料,PVC-聚氯乙稀塑料,Nylon 6-尼龙6,Nylon 66-尼龙66,PSPS树脂,等等. 

吸收剂 

吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺.如前所述,塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合.让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量.塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好,但一般在不添加吸收剂的情况下,塑料对光波的吸收性不是很好,吸收效率很低,融化效率不理想. 

通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化更快、效果更好.一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果. 

添加吸收剂的方法有3种:一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化;三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂.