1.1 塑料激光焊接的原理
激光焊接的原理是兩個塑膠件在較低壓力下被夾緊在一起，將激光束聚焦于兩個塑膠件至上，其中上層塑膠件對于紅外激光是穿透的，下層塑膠件吸收激光，吸收激光能量的塑膠件將光能轉化為熱能，在塑膠件的接觸面熔化，同時熱也傳導到上層塑膠件，形成熔化區。在夾緊力的作用下，熔化區域產生分子間的混合，冷卻后形成焊縫，從而把兩個塑膠件緊固成一體。
塑料激光焊接的視頻如下所示：
，時長00:48
塑料激光焊接工藝中，一般采用YAG或者CO2激光作為光源。隨著半導體材料工業的快速發展，半導體激光作為光源也漸漸得到了應用。特點：波長為10.6微米，最小聚焦直徑約0.2-0.7毫米；適合場合：焊接塑料時熱作用區較深，適合需要焊接較厚的塑料材料；
特點：波長1.06微米，屬近紅外區波長，最小聚焦直徑0.1-0.5mm；優點：聚焦區域小，可通過光纖傳輸來構建光路，可將激光頭裝到機器人手臂上，實現焊接過程的數控和精密自動化；適合場合：較好的透過上層待焊塑料，到達下層待焊接材料或中間層而被吸收，從而實現焊接，汽車車燈的激光焊接常用此光源；
特點：波長0.8-1.0微米，最小聚焦直徑為0.5mm;優點：能量轉換效率高，易于實現激光器的小型化和便攜化；
1.3 激光焊接的方法
在焊接時激光束通過光學系統和振鏡在被焊接的物體上移動或者激光束靜止而被焊接物體移動。激光與被焊接物體之間的相互作用時間取決于光束焦點尺寸和移動速度，既而影響焊接時間和效果。輪廓焊接是一種非常靈活的焊接流程，可實現復雜的三維焊接，在包裝行業里有廣泛的應用。
在同步焊接中激光束同時照射焊接區域，從而明顯減少了焊接處理時間，并允許搭橋焊接具有大縫隙的兩個相鄰部件。與輪廓焊接相比由于更長的激光作用時間使通過同步焊接方法焊接的部位更加牢靠
3）放射狀焊接
經由高速掃描電機定位后的激光束，再由圓錐型鏡面二次反射，可形成對圓柱狀表面圓周線狀的焊接。按電機掃描的速度快慢程度，可分別作順序型周線焊接或準同步焊接。
零件的緊配配合確保了焊接加工所需要的嵌位壓力，而零件在焊接過程中無須移動。
4）掩模焊接
掩模焊接是一種借助掩模，基于輪廓焊接或著同步焊接方法的流程，其原理與芯片制造上的光刻技術相似。這種流程主要使用在復雜的幾何焊接圖案上，最小接縫寬度大于100μm。掩模往往是由薄片或金屬化的玻璃制成。由于制作掩模比較繁瑣，所做的掩模只針對一個焊接幾何圖案，所以掩模焊接往往缺乏靈活性，但適合大批量的焊接加工。
Globo焊接
Globo焊接是沿著產品的輪廓周線進行焊接的。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。
焊接高強度
焊接部件上的熱應力和其它應力被降至最低
簡單的焊縫形狀
無振動加工
理想的焊縫、完美的外觀
干凈、清潔、無粉末和雜質產生
高精度
非接觸式
可達到氣密、真空密封的效果
無工具磨損
某些特殊用途的醫用塑料器械產品，其形狀和產品結構構成要求必須用焊接的方法；例如高級工業制成品的包裝，采用塑料薄膜焊接技術，可以得到加工高速、接縫可靠、外表美觀的塑料包裝。塑料質外包裝材料的激光焊接連接。塑料材料為熱塑性塑料和人造橡膠。當今汽車車身的大趨勢是力求減輕其重量，因此塑料、樹脂、特種玻璃等材料在汽車上得到了越來越廣泛的應用。而焊接是其中必不可少的工藝，激光焊接又是所有焊接工藝中較傳統工藝優勢最大、技術成熟、成本相對最低的一種。因此，激光焊接熱塑性塑料、合成樹脂、合成橡膠，以及一些特種玻璃等車用材料在汽車工業中應用較多。電子器件產品的封裝技術對于焊接環境和工藝的要求非常嚴格，例如低塵埃量、低熱量、無強震動，封裝精度高、接縫可靠耐用、外表美觀等。封裝用的材料很大一部分就是塑料，因此塑料激光焊接同樣有很大的應用空間。激光焊接紡織品可以被稱作激光縫合。其接縫牢固可靠、加工速度快的優點非常適合縫合紡織品。一些防水服裝裝備和要求氣密性的裝備，都可以利用激光焊接來加工。
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?！?/section>塑料激光焊接技術對被焊接塑料的要求為：上層塑膠件材料，則要求對光波的透過性好；下層塑膠件材料，要求對激光光波的吸收性好；尤其在對兩件薄塑料件進行疊焊時更是如此。激光對熱塑性材料的焊接主要是采用激光透射焊接的方法。此方法對被焊接的兩種材料性質有一定的要求，也就是上面的熱塑層對采用的激光波長是透明的，而下面的熱塑層能吸收激光能量。激光束透過透明的上層材料到達下層材料，下層材料的表面因吸收激光能量而熔化，此時在一定的壓力下兩種材料通過分子聯接而被焊接在一起。由于激光是非機械接觸的聚焦在下層材料的表面，激光引起的熱效應是局域的，所以此方法可避免對被焊接材料的機械和熱損傷。如前所述，塑料激光焊接的本質是將熱作用區的待焊接塑料融化，隨后冷卻自然實現塑料件的接合。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最好，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?！?/section>通常理想的吸收劑是碳黑，碳黑能夠將紅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。- 一是直接向待焊接材料中滲入吸收劑，這樣應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。
塑料激光焊接中的一個重要課題就是兩個被焊接塑膠件的顏色搭配，這是由所采用的激光透射焊接的原理所決定的。下圖顯示了因材料顏色的不同而造成的焊接難易程度。其中透明+黑色最容易進行焊接。而隨著激光焊接技術的發展，白色+白色的激光焊接已經成為可能。
塑膠件的激光焊接結構大致包括三種：搭接型、T型和圓周型。
▲搭接型
▲T型
▲圓周型
▲對接
同塑膠件的超聲波焊接一樣，在焊接之前兩個零件之間需要先使用定位特征進行定位。
使用定位特征
另外，在設計塑膠件結構時，需要考慮激光束的可達性。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
