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    塑料激光焊接技術

    作者:博藝精密 來源:www.theroadmultisport.com 發布于:2019/10/16 點擊量:

    基本介紹

    當被粘接的塑料零部件不能承受振動、或者水密氣密要求非常高、或要求無菌無粉塵環境(如醫療器械和食品包裝)時,激光焊接技術就能派上很大用場。激光焊接技術速度快,特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外對于那些很難使用其它焊接方法粘接的復雜的幾何體,可以考慮使用激光焊接技術。


    優點

    激光加工具有很多優點,其中有:

    ? 焊接設備不需要和被粘結的塑料零部件相接觸。

    ? 速度快。

    ? 設備自動化程度高,很方便的用于復雜塑料零部件加工。

    ? 不會出現飛邊。

    ? 焊接牢固。

    ? 可以得到高精度的焊接件。

    ? 無振動技術。

    ? 能產生氣密性的或者真空密封結構。

    ? 最小化熱損壞和熱變形。

    ? 可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結在一起。


    優勢

    激光焊接應用于塑料部件熔接的優點包括:焊接精密、牢固和密封不透氣和不漏水,焊接過程中樹脂降解少、產生的碎屑少,制品的表面能夠在焊縫周圍嚴密地連接在一起。激光焊接沒有殘渣的優點,使它更適用于國家食品藥品監督管理局管制的醫藥制品及電子傳感器等。

    易于控制,可焊接尺寸小或外形結構復雜的工件。由于激光便于計算機軟件控制,而且光纖激光器輸出可靈活地達到零件各個細微部位,采用激光焊接能夠焊接其它焊接方法不易達到的區域,焊接具有復雜外形、甚至是三維幾何形狀的制品。

    與其他熔接方法比較,激光焊接大幅減少制品的振動應力和熱應力。這意味著制品或者裝置內部組件的老化速度更慢,可應用于易損壞的制品。能夠焊接許多種類不同的材料。例如,能將透過近紅外激光的聚碳酸脂,玻纖增強的黑色聚對苯二甲酸丁二脂連接在一起,而其它的焊接方法根本不可能將兩種在結構、軟化點和增強材料等方面如此不同的聚合物連接起來。


    工藝

    常用的激光焊接形式被稱為激光透射焊接。該技術的過程為:首先將兩個待焊接塑料零部件夾在一起,然后將一束短波紅外區的激光定向到待粘結的部位。激光束通過上層透明材料,然后被下層材料吸收。激光能量被吸收使得下層材料溫度升高,熔化上層以及和下層的塑料。上層材料可以是透明的或者是有顏色的,但是必須能夠保證有足夠的激光通過。

    圖 1: 激光透射焊接的工作示意圖

    在過去由于兩個透明的塑料層都不能吸收足夠的激光能量,利用透射技術將它們焊接在一起是不可能;同樣由于光束不具備足夠的穿透能力,達到加熱焊接接觸面的作用,利過透射技術將兩個黑色層的材料焊接在一起也是不可能的。但是最近的技術進步,已經可以將這兩種類型的材料焊接在一起。


    材料

    幾乎所有可用于激光焊接的聚合物

    有的熱塑性塑料和熱塑性彈性體都可以使用激光焊接技術。常用的焊接材料有 PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等。而其它的一些工程塑料如聚苯硫醚PPS和液晶聚合物等,由于其具有較低的激光透過率而不太適合使用激光焊接技術。因此常常在底層材料上加入炭黑,以便使其能吸收足夠能量,從而滿足激光透射焊接的要求。

    可用于激光焊接的聚合物

    未填充的或者玻纖增強的聚合材料都可以用于激光焊接。但是過高的玻纖含量會散射發出得IR激光,降低光束通過聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接,但是隨著顏料或染料含量的增加,激光束的通過塑料的穿透能力會有所下降。


    焊接類型

    塑料激光焊接有幾種不同的焊接方式。

    輪廓焊接(contour welding):激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化,將塑料層逐漸的粘結在一起;或者將被夾層沿著固定的激光束移動達到焊接的目的。

    同步焊接(simultaneous welding):來自多個二極管激光束被引導到沿著焊接層的輪廓線上,并熔化塑料,從而使得整個輪廓同時熔化并粘結在一起。

    準同步焊接(Quasi-simultaneous welding): 該技術綜合了上述兩種焊接技術。利用反射鏡產生高速激光束(至少10 米/秒的速度),并沿著待焊接的部位移動,使得整個焊接處逐漸發熱并熔合在一起。

    掩模焊接(mask welding):激光束通過模板進行定位、熔化并粘結塑料,該模板只暴露出下面塑料層的一個很小的、精確的焊接部位。使用這種技術可以實現低至10微米的高精度焊接。掩膜焊接是瑞士萊丹(Leister)公司的專利技術。

    順序型周線焊接、同步焊接和準同步焊接技術(左到右)

    Globo焊接(GLOBO Welding)是沿著產品的輪廓周線進行焊接的,它是瑞士萊丹(Leister)公司的專利技術。激光束經由氣墊式,可無摩擦任意滾動的玻璃球點狀式的聚焦于焊接界面,該玻璃球不僅僅進行聚焦而且也充當機械夾緊夾具。當該球在表面上滾動時,為接合面提供了持續壓力。這就確保了在激光加熱材料的同時有壓力夾緊。該玻璃球取代了機械夾具,同時擴大了激光焊接在連續三維焊接中的應用范圍。


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