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塑料的激光焊接技术及应用下是嘛

发布时间:2021-07-10 21:52:41 阅读: 来源:耐力板厂家

塑料的激光焊接技术及应用(下)

3.吸收剂

吸收剂的应用是塑料另外含钒合金还利用于磁性材料、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等领域激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述,塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好,但一般在不添加吸收剂的情况下,塑料对光波的吸收性不是很好,吸收效率很低,融化效率不理想[13]。 通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化更快、效果更好[14]。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果[15]。

英国焊接学会(TWI,The Welding Institute)研制出了一种对可见光透明的染料。用这种染料做吸收剂,可以得到透明的塑料焊缝。碳黑在吸收红外波段的激光光波的同时,也吸收可见光波,这也是碳黑看起来为黑色的原因,用碳黑作吸收剂会使激光焊接焊缝颜色变深,与母材颜色不同。TWI研制出的对可见光透明的染料只吸收红外波段的电磁波,不吸收可见光,因此看起来焊缝仍然是透明的[15]。

很多情况下,塑料焊接要求成品美观、精致,因此相比碳黑,对可见光透明的染料吸收剂非常受青睐。图4[15]是采用英国TWI的ClearWeld技术搭焊的两片透明的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,也即有机玻璃)薄片;图5[15]是采用传统碳黑吸收剂与采用TWI的ClearWeld技术的透明吸收剂所得到的不同效果。

添加吸收剂的方法有3种:一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化;三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。

4.其他参数

与金属焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的热作用区就越大、越深,将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。

塑料激光焊接的速度比较快,一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以达到750m/min。[16]

5.软件

激光焊接系统中,计算机软件的作用是对激光头的运动轨迹和速度、激光功率等一般性的工艺参数进行数字化控制,以达到提高加工速度和精度、改善加工质量的目的,这些与传统的激光加工中的软件控制并没有什么不同,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又有其自身的特色[17]。

英国TWI研究所结合其ClearWeld塑料焊接工艺,设计开发了计算预测吸收剂用量及用法的软件。根据不同材料的厚度、颜色、吸收比率等,结合激光器的功率、光波透过率等参数,在焊接前用软件计算吸收剂的用量和添加方法,再根据预测的用量添加吸收剂。

提供给软件的输入数据包括:塑料材料特性:种类、厚度、颜色;焊接数据:焊接区域形状复杂程度、宽度、焊接速度;激光器特性:功率、红外光透过率等。

经过计算和筛选,软件给出的输出结果包括:吸收剂种类、用量及要求的添加方式的列表,焊接过程中激光光波在上层材料中的能量损失。

软件的计算结果与实际焊接测量的结果很接近,图6为焊接后生成的热影响区(HAZ)大小的计算值和实际测量值的对比[11],所用塑料材料为PMMA。

可见,软件计算结果与实测结果非常接近。由于塑料激光焊接的规律性较强,有较好的可预测性,因此,采用软件计算筛选方法预测结果是非常有效和可行的。

四、塑料激光焊接的应用

塑料激联合各方气力光焊接的综合优点较多:速度快;焊接精度高;焊机自动化、精密数控实现方便;加工现场环境条件优于传统焊接工艺;成本相对较低。因此,塑料激光焊接技术在以下领域得到了比较广泛的应用:

1.医疗器械:某些特殊用途的医用塑料器械产品,其形状和产品结构构成要求必须用焊接的方法;

2.包装工业:例如高级工业制成品的包装,采用塑料薄膜焊接技术,可以得到加工高速、接缝可靠、外表美观的塑料包装。

图7为塑料质外包装材料的激光焊接连接[19]。塑料材料为热塑性塑料和人造橡胶。

3.汽车零部件:当今汽车车身的大趋势是力求减轻其重量,因此塑料、树脂、特种玻璃等材料在汽车上得到了越来越广泛的应用。而焊接是其中必不可少的工艺,激光焊接又是所有焊接工艺中较传统工艺优势最大、技术成熟、成本相对最低的一种。因此,激光焊接热塑性塑料、合成树脂、合成橡胶,以及一些特种玻璃等车用材料在汽车工业中应用较多。

图8为采用激光将汽车中小块电路板和金属零件链接在一起的例子[16] 。

4.电子器件产品封装:电子器件产品的封装我公司济南新时期试金仪器有限公司全国知名大品牌技术对于焊接环境和工艺的要求非常严格,例如低尘埃量、低热量、无强震动,封装精度高、接缝可靠耐用、外表美观等。封装用的材料很大一部分就是塑料,因此塑料激光焊接同样有很大的应用空间。

5.纺织品:激光焊接纺织品可以被称作激光缝合。其接缝牢固可靠、加工速度快的优点非常适合缝合纺织品。一些防水服装装备和要求气密性的装备,都可以利用激光焊接来加工。

五、展望

金属材料的激光焊接已经在诸如汽车工业等领域得到了较广泛的应用,激光焊接新材料(如塑料、玻精准璃、陶瓷、各种有机物等)的研究正方兴未艾,尤其是不同材料之间的复合焊接,更成为研究和应用的热点。激光焊接塑料具有低成本、高速度、加工方便、实现精密数控容易、原材料适用范围广、接合性和工艺性好等综合优势,随着塑料焊接工艺研究和塑料激光焊接设备的逐步商品化,塑料激光焊接的应用必将越来越广泛,技术越来越成熟。其产品也将很快走进我们日常生活的方方面面。

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