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        塑料激光焊接機_精密激光模切機_自動化激光標識【萊塞激光】

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        塑料激光焊接有哪些工藝要求

        發布人:萊塞激光發布時間:2022-09-01 16:52:07

        【摘要】

        塑料激光焊接技術對焊接塑料的要求是:熱作用區域的材料需要良好的激光光波吸收;不屬于熱作用區域的材料需要良好的光波滲透性,特別是在兩個薄塑料部件的疊加焊接中。

        一、激光波長

        激光焊接工藝一般采用金屬材料YAG或者CO2激光作為光源,塑料焊接也不例外。隨著半導體材料工業的快速發展,半導體激光作為光源逐漸得到應用。

        其中,前兩種廣泛應用于傳統材料加工行業,因為它們容易獲得大功率;由于塑料激光焊接對光源功率要求低,但對可控性和可操作性要求高,半導體激光在塑料焊接中也非常有用。

        CO2.Nd:YAG和半導體激光器的三光源的波長.最大功率.最小聚焦直徑等參數的典型值如下:

        1. CO2激光:波長較長,10.6微米屬于遠紅外波段。一般來說,塑料材料對這種波長有很好的吸收。目前最大輸出功率為50。kW,轉換效率約為10%,最小聚焦直徑約為0%.2~0.7mm。熱作用區域深度較深,適用于焊接較厚的塑料材料。CO激光不能用光纖傳輸,只能用光纖傳輸$&*剛性傳輸光路由透鏡反射鏡組成,影響激光頭的可操作性。

        2. Nd:YAG激光:波長短,為1.06微米是近紅外波長,不易被塑料吸收。最大輸出功率6kW,轉化效率為3%,最小焦點直徑為0.1~0.5mm。Nd:YAG激光具有聚焦面積小、光纖傳輸方便的特點。激光頭可安裝在機器人臂上,實現數控和精密自動焊接過程;另一方面,焊接材料可以通過上層焊接材料更好地吸收下層焊接材料或中間層,實現焊接。

        3. 半導體激光:波長0.8~1.0微米,最大輸出功率6kW,轉換效率30%,最小焦點直徑0%.5mm。由于其輸出輸出功率小,適用于焊接激光功率要求低的場合,如小型塑料器件的精密焊接。半導體激光能量轉換效率高,易于實現激光的小型化和便攜性。

        塑料激光焊接有哪些工藝要求(圖1)

        二、塑料材料

        可用激光焊接的塑料屬于熱塑性塑料。理論上,所有熱塑性塑料都可以用激光焊接。

        塑料激光焊接技術對焊接塑料的要求是:熱作用區域的材料需要良好的激光光波吸收;不屬于熱作用區域的材料需要良好的光波滲透性,特別是在兩個薄塑料部件的疊加焊接中。一般來說,在熱作用區域的塑料中添加吸收劑可以達到這個目的。目前,使用激光焊接的單成分塑料包括:

        PMMA――聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃),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-尼龍6,Nylon66-尼龍66,PS-PS樹脂等。

        以上各種塑料制成的塑料件,如模塑塑料制品.塑料板.薄膜.人造橡膠.纖維甚至紡織品都可以作為焊接對象。由于激光焊接具有傳統焊接所沒有的小熱效應區.因此,上述單體材料也可述各種單體材料也可以焊接。


        二、吸收劑

        吸收劑的應用是塑料激光焊接過程中一個非常重要的過程。正如前面提到的,塑料激光焊接的本質是熔化熱作用區的待焊塑料,然后冷卻塑料零件的自然連接。塑料部件需要吸收足夠的激光能量來熔化塑料。塑料本身可以高吸收率吸收激光能量,但一般不添加吸收劑,光波吸收不是很好,吸收效率很低,熔化效率不理想。

        一般來說,理想的吸收劑是炭黑。炭黑基本上可以吸收紅外波長的所有激光能量,從而大大提高塑料的熱吸收效果,加快熱作用區材料的熔化.效果更好。其它顏色的一些染料也能起到同樣的吸光效果。

        英國焊接學會開發了一種透明的可見光染料。使用這種染料作為吸收劑可以獲得透明的塑料焊縫。碳黑不僅吸收紅外波段的激光光波,還吸收可見光波,這也是碳黑看起來是黑色的原因。與母材的顏色不同,使用炭黑作為吸收劑會加深激光焊接的顏色。TWI可見光透明染料只吸收紅外波段的電磁波,不吸收可見光,因此焊縫似乎仍然透明。

        在許多情況下,塑料焊接要求成品美觀.精致,因此與炭黑相比,對可見光透明的染料吸收劑十分流行。

        添加吸收劑的方法有三種:一種是將吸收劑直接滲透到待焊接材料中,將滲透吸收劑的塑料部件放在下面,將無滲透吸收劑的塑料部件放在上面,使激光波通過;二是將吸收劑滲透到待焊接塑料部件表面,使部分被吸收劑滲透的塑料成為熱作用區并熔化;第三,在兩個待焊接塑料部件的接觸處噴涂或打印吸收劑。

        塑料激光焊接有哪些工藝要求(圖2)

        四、其他參數

        與金屬焊接不同,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,塑料零件上的熱效應區域越大.越深,材料就會過熱.變形.甚至損壞。激光功率應根據需要融化的深度來選擇。

        塑料激光焊接速度比較快,一般得1mm厚焊縫的焊接速度可達20m/min;而采用高功率CO2激光焊接塑料薄膜,最高速度可達到750m/min。

        塑料激光焊接有哪些工藝要求(圖3)

        五、軟件

        在激光焊接系統中,計算機軟件的作用是激光頭的運動軌跡和速度.數字控制激光功率等一般工藝參數,提高加工速度和精度.提高加工質量的目的與傳統激光加工中的軟件控制沒有什么不同,但由于塑料激光焊接中吸收劑的特殊作用,塑料激光焊接控制系統和加工系統各有特點。

        為軟件提供的輸入數據包括

        1. 塑料材料特性:厚度、顏色;

        2. 焊接數據:焊接區域形狀的復雜性.寬度.焊接速度;

        3. 激光特性:功率:、紅外透光率等。

        4. 通過計算和篩選,軟件給出的輸出結果包括:吸收劑類型.在焊接過程中,激光光波在上層材料中的能量損失。

        5. 軟件的計算結果非常接近實際焊接測量結果。圖6顯示了焊接后產生的熱影響區域(HAZ)將大小的計算值與實際測量值進行比較,使用的塑料材料為PMMA。

        6. 可以看出,軟件計算結果非常接近測量結果。由于塑料激光焊接具有較強的規律性和良好的可預測性,使用軟件計算和篩選方法預測結果是非常有效和可行的。


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