塑料激光焊接的工藝

激光的波長：

在激光焊接工藝（金屬材料）中, 一般采用YAG或者CO2激光作為光源,塑料焊接也不例外.

三者之中,由于易于獲得較大功率,前兩者在傳統(tǒng)的材料加工工業(yè)中的使用較為普遍；而由于塑料激光焊接對光源功率大小要求不高,但對可控性和易操作性要求較高,因此半導(dǎo)體激光在塑料焊接中也很有用武之地.

CO2：半導(dǎo)體激光三種光源的波長與功率以及最小聚焦直徑等參數(shù)典型值如下：

CO2激光：波長較長,為10.6微米,屬遠(yuǎn)紅外波段,一般情況下塑料材料對這一波長的吸收情況好.目前輸出功率達(dá)50kW,轉(zhuǎn)化效率約10％,最小聚焦直徑約0.2～0.7mm.焊接塑料時熱作用區(qū)深度較深,適合于需要焊接較厚的塑料材料.CO2激光不能用光纖傳輸,只能$&*透鏡反射鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)來構(gòu)建剛性傳輸光路,從而影響激光頭的操作性.

Nd:YAG激光：波長較短,為1.06微米,屬近紅外區(qū)波長,不易被塑料吸收.輸出功率6kW,轉(zhuǎn)化效率為3％,最小聚焦直徑0.1～0.5mm.Nd:YAG激光的特點是聚焦區(qū)域小,可以方便地通過光纖傳輸來構(gòu)建光路,可將激光頭裝到機(jī)器人手臂上,實現(xiàn)焊接過程的數(shù)控和精密自動化；另一方面可以較好地透過上層的待焊接材料,到達(dá)下層待焊接材料或者中間層而被吸收,從而實現(xiàn)焊接.

半導(dǎo)體激光：波長0.8～1.0微米,輸出功率6kW,轉(zhuǎn)化效率30％,最小聚焦直徑0.5mm.由于其輸出輸出功率較小,適用于焊接激光功率要求較低的場合,如小型塑料器件的精密焊接.半導(dǎo)體激光能量轉(zhuǎn)化效率高,易于實現(xiàn)激光器的小型化和便攜化.

塑料材料 ：

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(shù)對被焊接塑料的要求為：在熱作用區(qū)內(nèi)的材料,要求對激光光波的吸收性好；不屬于熱作用區(qū)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(jìn)行疊焊時更是如此.一般向熱作用區(qū)塑料中添加吸收劑可以達(dá)到目的.目前能夠使用激光焊接的單種成分塑料包括：

PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂（有機(jī)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－尼龍6,Nylon 66－尼龍66,PS－PS樹脂,等等.

吸收劑 ：

吸收劑的應(yīng)用是塑料激光焊接工藝中非常重要的工藝.如前所述,塑料激光焊接的本質(zhì)是將熱作用區(qū)的待焊接塑料融化,隨后冷卻自然實現(xiàn)塑料件的接合.讓塑料融化需要使塑料件吸收足夠的激光能量.塑料自身能夠以較高吸收率吸收激光能量自然,但一般在不添加吸收劑的情況下,塑料對光波的吸收性不是很好,吸收效率很低,融化效率不理想.

通常理想的吸收劑是碳黑,碳黑能夠?qū)⒓t外波長的激光能量基本全部吸收,從而大大提高塑料的熱吸收效果,使得熱作用區(qū)的材料融化更快、效果更好.一些其他顏色的染料也能夠起到相同的吸收光波的效果.


添加吸收劑的方法有3種：一是直接向待焊接材料中滲入吸收劑,這樣應(yīng)該將滲過吸收劑的塑料件放在下面,而把沒有滲吸收劑的塑料件放在上面,讓激光光波通過；二是向塑料件待焊接的表面滲吸收劑,這樣只有被滲透了吸收劑的一部分塑料將成為熱作用區(qū)而被融化；三是在兩塊待焊接塑料件的接觸處噴涂上或者印刷上吸收劑.

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