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塑料激光焊接有哪些工艺要求

更新时间  2022-09-01 16:52 阅读

一、激光波长

激光焊接工艺一般采用金属材料YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展,半导体激光作为光源逐渐得到应用。

其中,前两种广泛应用于传统材料加工行业,因为它们容易获得大功率;由于塑料激光焊接对光源功率要求低,但对可控性和可操作性要求高,半导体激光在塑料焊接中也非常有用。

CO2.Nd:YAG和半导体激光器的三光源的波长.最大功率.最小聚焦直径等参数的典型值如下:

  1. CO2激光:波长较长,10.6微米属于远红外波段。一般来说,塑料材料对这种波长有很好的吸收。目前最大输出功率为50。kW,转换效率约为10%,最小聚焦直径约为0%.2~0.7mm。热作用区域深度较深,适用于焊接较厚的塑料材料。CO激光不能用光纤传输,只能用光纤传输$&*刚性传输光路由透镜反射镜组成,影响激光头的可操作性。

  2. Nd:YAG激光:波长短,为1.06微米是近红外波长,不易被塑料吸收。最大输出功率6kW,转化效率为3%,最小焦点直径为0.1~0.5mm。Nd:YAG激光具有聚焦面积小、光纤传输方便的特点。激光头可安装在机器人臂上,实现数控和精密自动焊接过程;另一方面,焊接材料可以通过上层焊接材料更好地吸收下层焊接材料或中间层,实现焊接。

  3. 半导体激光:波长0.8~1.0微米,最大输出功率6kW,转换效率30%,最小焦点直径0%.5mm。由于其输出输出功率小,适用于焊接激光功率要求低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转换效率高,易于实现激光的小型化和便携性。

塑料激光焊接有哪些工艺要求

二、塑料材料

可用激光焊接的塑料属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都可以用激光焊接。

塑料激光焊接技术对焊接塑料的要求是:热作用区域的材料需要良好的激光光波吸收;不属于热作用区域的材料需要良好的光波渗透性,特别是在两个薄塑料部件的叠加焊接中。一般来说,在热作用区域的塑料中添加吸收剂可以达到这个目的。目前,使用激光焊接的单成分塑料包括:

PMMA――聚甲基丙烯酸甲酯(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,Nylon6-尼龙6,Nylon66-尼龙66,PS-PS树脂等。

以上各种塑料制成的塑料件,如模塑塑料制品.塑料板.薄膜.人造橡胶.纤维甚至纺织品都可以作为焊接对象。由于激光焊接具有传统焊接所没有的小热效应区.因此,上述单体材料也可述各种单体材料也可以焊接。


二、吸收剂

吸收剂的应用是塑料激光焊接过程中一个非常重要的过程。正如前面提到的,塑料激光焊接的本质是熔化热作用区的待焊塑料,然后冷却塑料零件的自然连接。塑料部件需要吸收足够的激光能量来熔化塑料。塑料本身可以高吸收率吸收激光能量,但一般不添加吸收剂,光波吸收不是很好,吸收效率很低,熔化效率不理想。

一般来说,理想的吸收剂是炭黑。炭黑基本上可以吸收红外波长的所有激光能量,从而大大提高塑料的热吸收效果,加快热作用区材料的熔化.效果更好。其它颜色的一些染料也能起到同样的吸光效果。

英国焊接学会开发了一种透明的可见光染料。使用这种染料作为吸收剂可以获得透明的塑料焊缝。碳黑不仅吸收红外波段的激光光波,还吸收可见光波,这也是碳黑看起来是黑色的原因。与母材的颜色不同,使用炭黑作为吸收剂会加深激光焊接的颜色。TWI可见光透明染料只吸收红外波段的电磁波,不吸收可见光,因此焊缝似乎仍然透明。

在许多情况下,塑料焊接要求成品美观.精致,因此与炭黑相比,对可见光透明的染料吸收剂十分流行。

添加吸收剂的方法有三种:一种是将吸收剂直接渗透到待焊接材料中,将渗透吸收剂的塑料部件放在下面,将无渗透吸收剂的塑料部件放在上面,使激光波通过;二是将吸收剂渗透到待焊接塑料部件表面,使部分被吸收剂渗透的塑料成为热作用区并熔化;第三,在两个待焊接塑料部件的接触处喷涂或打印吸收剂。

塑料激光焊接

四、其他参数

与金属焊接不同,塑料激光焊接所需的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料零件上的热效应区域越大.越深,材料就会过热.变形.甚至损坏。激光功率应根据需要融化的深度来选择。

塑料激光焊接速度比较快,一般得1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min;而采用高功率CO2激光焊接塑料薄膜,最高速度可达到750m/min。

塑料激光焊接

五、软件

在激光焊接系统中,计算机软件的作用是激光头的运动轨迹和速度.数字控制激光功率等一般工艺参数,提高加工速度和精度.提高加工质量的目的与传统激光加工中的软件控制没有什么不同,但由于塑料激光焊接中吸收剂的特殊作用,塑料激光焊接控制系统和加工系统各有特点。

为软件提供的输入数据包括

  1. 塑料材料特性:厚度、颜色;

  2. 焊接数据:焊接区域形状的复杂性.宽度.焊接速度;

  3. 激光特性:功率:、红外透光率等。

  4. 通过计算和筛选,软件给出的输出结果包括:吸收剂类型.在焊接过程中,激光光波在上层材料中的能量损失。

  5. 软件的计算结果非常接近实际焊接测量结果。图6显示了焊接后产生的热影响区域(HAZ)将大小的计算值与实际测量值进行比较,使用的塑料材料为PMMA。

  6. 可以看出,软件计算结果非常接近测量结果。由于塑料激光焊接具有较强的规律性和良好的可预测性,使用软件计算和筛选方法预测结果是非常有效和可行的。