塑料的激光焊接
在汽車(chē)工業(yè)中,塑料的使用日益增加。同樣的,材料和元部件的整合意味著(zhù)塑料的焊接方法日漸成為一項關(guān)鍵的技術(shù)。已有的技術(shù)如超聲波焊接,熱板焊,以及粘合技術(shù)各有所長(cháng),但是這些技術(shù)存在不少局限性,如在加工過(guò)程,可焊接材料方面有限制,費用昂貴,或是需要 使用專(zhuān)門(mén)工具。然而,針對這些技術(shù)的限制,出現了一種新型技術(shù)。高功率二極管激光器的商業(yè)化和傳輸焊接技術(shù)的發(fā)展從根本上改善塑料焊接的能力,它已發(fā)展到 有可能促使激光焊接機成為塑料加工的關(guān)鍵加工技術(shù)。
高功率二極管激光器
高功率二極管激光器是基于固態(tài)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的,因此,它們可靠性好,典型的最少設計使用壽命在10,000工作時(shí)左右。它們也對已有的激光器類(lèi)型帶來(lái)了進(jìn)一步的顯著(zhù)改善,在結構緊湊性,光束尺寸,電光效率以及資本和運行費用方面。例如,250W的激光頭裝置尺寸僅260X125 x 125mm,重5 kg。輔助設備僅有一個(gè)小的控制面板和一個(gè)冷卻裝置。組合控制系統與冷卻裝置的系統也可用。激光頭緊湊的結構使它可以被直接安裝到機械手上,從而具有多軸 加工能力。如果需要的話(huà),光束也可以通過(guò)光纜來(lái)傳輸。
二極管激光器的電光效率大于30%,相比于CO2和Nd:YAG激光器,各自的效率值分別為10%和4%。
目前現有的高功率二極管激光器輸出功率大于6KW,這樣的強度足以滿(mǎn)足熔覆,焊接,以及金屬的表面熱處理。然而,在汽車(chē)工業(yè)方面,激光焊接初始應 用是在連接聚合物方面。雖然熱塑性塑料易于吸收遠紅外波段的輻射能,但是對于二極管激光器產(chǎn)生的近紅外光卻是透光的。大部分能量不被聚合物吸收。然而,可 以通過(guò)有選擇的加入添加劑如色素,填充劑,強化劑等來(lái)使塑料吸收激光能量。
傳輸焊接
傳輸焊接技術(shù)利用了聚合物和添加劑的不同吸收和傳輸特性,采用了具有某種重疊的形態(tài)來(lái)實(shí)現焊接。通過(guò)仔細的選擇材料和添加劑,使得接點(diǎn)的上半部分 可以透射激光而下半部分則被設計成可以吸收足夠的激光能量,這樣使得界面熔融,從而實(shí)現焊接目的。在這方面的應用中,碳是很理想的添加劑,因為它易于吸收 二極管激光器的能量。
激光傳輸焊接與現有的超聲波塑料焊接機技術(shù)相比具有許多的優(yōu)勢。與振動(dòng)/超聲焊接不同,激光傳輸焊接是非接觸加工,這樣比較不容易對敏感元件,比如含有電 子線(xiàn)路的元件,造成損壞。此外,它幾乎不需要什么專(zhuān)門(mén)工具,而大部分振動(dòng)/超聲,熱板焊接系統都需要許多專(zhuān)門(mén)的工具來(lái)對元件進(jìn)行加工。
在激光加工過(guò)程中的關(guān)鍵因素包括:選擇加入聚合物的添加劑,(即色素、增強劑、加工輔助劑),接縫設計,加工通路設計等。
英國Warwick Laser Systems公司(考文垂市)已研制出了一種塑料的激光傳輸焊接裝置并且實(shí)現了商品化。對一系列熱塑性塑料的適用性評估已經(jīng)確定了許多材料的焊接條件, 這些材料包括了彩色材料,聚丙烯,聚乙烯,丙烯酸樹(shù)脂,聚碳酸酯,玻璃填料和薄膜材料。作為非接觸技術(shù),激光焊接避免了與其他傳統技術(shù)有關(guān)的工具污染和產(chǎn)品放置的問(wèn)題。從二極管激光器系統射出的光束是高度可控的,而且輸出穩定且可預 先設定,并允許進(jìn)行連續焊接。激光器功率高,光束寬,因此可以進(jìn)行大面積的焊接,事實(shí)上對于元件尺寸和結構沒(méi)有任何限制。而如果需要的話(huà),光束的高度可控 性和光束傳輸的準確性也能夠確保十分精密的焊接操作。