料和激光工艺参数,能够成功地进行塑料激光焊接。证实了激光焊接是种可行的更佳的塑料焊接方法。
在人们用激光焊接金属时,考虑用激光焊接塑料的人并不多。由于塑料吸收激光束太多,当搭接焊时,在熔化底层的同时,顶板也熔化得过多;当对焊时,由于安装的特点使塑料熔液的支托比较困难,所以,使塑料激光焊接难以进行。然而,如果选择合适的塑料和激光工艺参数,塑料激光焊接是可以实现的。
1塑料激光焊法的先决条件在激光加热过程中,辐射能由电磁波传递。为了进行高效加热,材料的吸收波长应尽可能接近激光波长。电磁波被材料反射透射或吸收的程度取决于辐射波长和温度以及材料的面状态。只有吸收辐射能才能转化为热量并熔化材料面。激光波长以=10.6处于大多数塑料不透光的范围内,因而使焊接有可能进行。人0=1.06叫激光对大多数塑料来说是透光的,然而市场上买到的塑料中多数含有添加剂和着色剂。这些助剂能够增加塑料的吸收效果,因而也是可以焊接的。
使用激光焊接的个先决条件是两个零件之必须能透过激光而另个零件必须能吸收激光束。大多数塑料能让固体激光器发出的激光透过即便它们在肉眼看来是昏暗的,甚至肉眼看来漆黑片的零件也可以透过激光束。与之配合的另零件,通过添加具有吸收性的助剂如滑石粉于塑料中,可以转化为吸收激光束。甚至有这样的情况,在有助剂时,透射激光零件和吸收激光零件的颜色在肉眼看来是样的。
2激光焊接原理与工艺激光焊接方法具有焊接不同吸收性能的热塑性塑料零件的能力。在焊接开始前,连接零件相互接触,但不是处于其它焊接方法所需的外加压力下焊接零件所需的压力由塑料熔液的热膨胀产生。由短波固态的极管或高性能的激光器发射出的贯穿透光零件的激光束是透明的。激光束激活吸收材料面,被零件吸收转化为热量。结果,使该吸收激光束的零件润湿,因而增加了两零件之间的热接触点面。有效透过激光的零件也通过吸收零件的热传导被加热和熔化,*终在两零件之间形成瞬时渗透焊缝。
激光焊是种速非接触焊接热塑性塑料的方法。在正常的工作条件下,激光辐射非常强烈和集中,以至于它能很快分解热塑性塑料。激光辐射通过将未焊零件压挤在起和在接头区域留下散开的激光束用于焊接塑料。分解的塑料从焊缝区被挤出来,通过残留于熔合线处的薄层未分解的塑料形成牢固的接头。焊接过程所需的能量施加于接头区域内很薄的层。搭接焊接过程通过在连接界面形成熔液连接透射和吸收零件,所需的光学性能可以通过添加选择性地吸收激光的色素颜料来获得。与搭接接头类似,1型接头的焊接需要两面的紧密配合。为了形成必需的熔化,激光穿过两被焊零件的整个厚度而被吸收。
大多数塑料在其面处能被激光辐射加热,对疏松材料的透热深度则由传热决定。由于塑料的导热性很低,因此可能发生塑料分解。为了降低激光束的强度,应采用很的焊接速度。
激光焊是种非常快速而梢确的方法,但是如果事先没有准备好不对称的坡口,则不能直接对大型零件进行焊接。由于速度很高,熔化材料可能在承受压力之前再次固化,因而坡口形状为不对称时才能避免再次固化。在激光束穿过坡口时,坡口的外形尺寸大大增加,为熔化材料在压力下凝固争取了时间。激光焊接提供了形成地点移动焊缝的可能性。
3激光焊接的关键材料吸收剂奶美国爱迪生焊接学会已经证实,在吸收层中存在能级非常低的吸收颜料色素时,入0和类似波长的能量都是在有利于焊接的能级被吸收。1已经实验成功基本上看不见接头的焊接方法。例如,碳化硅颗粒置于透射塑料的面为形成肉眼看不见的焊缝创造了足够的吸收条件。与此类似,相容涂料印色干燥后形成几乎透明的涂层也很有用。英国焊接学会先进材料和工艺研究室*近研制出种激光焊接塑料的新技术,能形成肉眼几乎看不到的接头1.在此以前,黑色吸收剂*普通的是炭黑或其它些可见吸收剂充当激光加热的介质以形成焊缝,而这种新技术能将两种同样透明的塑料焊接在起而见不到焊合线。
这种新技术通过采用种无色的染料而发生作用。这种染料非常有效地吸收红外激光而不大量吸收可见光,能将吸收的光能转化为热能。这种染料通过着色或印刷的方法施加于待焊零件的面,或者加人塑料主体,也可以用于插人接头处的薄膜中。
这种染料是按专利技术加工的微小颗粒,并非通常能买得到的成品。红外染料用作吸收剂提供了在需要透明或有预定颜色的两材料之间形成低可见度焊缝的机会。潜在用途包括外观重要的制成品包装物织品可视显示和光学产品以及汽车零件等。
4激光焊应用不像其它许多方法,激光焊接没有振动,热输人*小,因而不可能损坏零件或使零件变形。这种方法可以焊接薄膜板材和模制塑料。极管或6激光器通常用于整个接头次完成或连续缝焊的过程。这两种方法速度都很快,很少或不产生飞边。
激光焊接零件的大小可以从微型组件到汽车容器。通过对激光功率时间和空间的控制,能够焊接对机械应力或高温敏感的塑料零件如传感器和电子元器件。激光焊接并不损坏完整零件。
*近,丁的塑料焊接小组报道了用和阳人0激光器速焊接聚烯薄膜。试验焊速为50以,但获得更高的速度是可能的。焊缝强度接近于母材的强度。还报道了用1识的激光器焊接厚。和。2的聚丙烯2.该功率级并不能算作功率类,因而并不出现前言中所述的焊接问题。据报道,另个有趣的特点是激光切割和密封封接塑料能够次操作完成。这点可能在各种塑料制造行业有很大的用处。
激光焊应用的典型事例是医用塑料零件的激光焊。因医用塑料零件比较容易焊接。这些零件焊接的要求类似于其它任何塑料件,在短的循环时间内形成高的接头强度。医用塑料件更特殊的要求是塑料焊接必须实现无残渣,残渣或飞边会接触传输装置和破坏产品或流程作业,现在用激光焊接方法形成无飞边接头使之成为可能。焊接操作在同超声波焊相差不大的循环时间内可以实现无飞边。激光焊接可精确调节焊接接头的宽度从0.1至几毫米。
对医用阢0刖入6焊接接头进行拉伸试验明,拉伸强度等同于母材。这明激光焊能够获得洁净,高质量的接头而不损失焊缝强度。
5激光焊的优点同传统焊接方法如超声波焊热工具焊和振动焊相比,激光焊接是种适应性强的通用焊接方法,它减少了设计上的条件限制。该方法的高效性能够在减少工作场地污染的同时节省能源成本。
激光焊接的另个优点是能获得没有卷边的无孔焊缝,这样会形成良好的再现性和很的接头强度。由于焊缝洁净,该方法完全适用于暴露在外的外形轮廓。个显露出该方法适应性强的特征是能够适用于不同种类材料的组合,如塑料金属或热塑性弹性体硬质热塑性塑料。
激光束能与柔性光导纤维耦合在起。这样可精确控制焊点处的激光束聚焦。精确的热量供给能够焊接壁厚为0.1的非常精细的零件,因而提供了更广泛的零件设计范围。激光技术和激光设备的效性是这种创新技术经济上可行的原因。焊接接头无飞边和夹揸是激光焊接*明显的特征。焊接接头兼有*大的精确度突出的拉伸强度和更大的设计允许误差,该方法完全适用于医用零件传感器和其它灵敏元件及高性能的零件如电子元器件。
激光焊接的优点可归纳为精确的热输人,没有焊接飞边,没有残渣,焊缝强度高,无损耗,高效性,焊缝外形设计适应性强,工作场地无污染等。适用于1与硬质热塑性塑料的连接塑料金属组合形状复杂的零件等。
6结语通过添加适当的吸收剂和选择合适的塑料和激光工艺参数,激光焊接塑料是可行的。
同其它塑料焊方法相比,塑料激光焊接方法具有适应性强效率高焊缝质量好无飞边无残渣等许多优点,是种更佳的塑料焊接方法。
随着激光技术如极管激光器的迅速发展和效吸收剂的不断涌现,塑料激光焊接必将在越来越多的行业获得更广泛的应用。
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