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    塑料加工用激光焊接技术(二)

    2008-7-28 0:44:00

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    塑料加工用激光焊接技术(二)

       设备 

        激光透射焊接技术主要使用两类激光设备:一个是掺钕钇铝石榴石合成晶体(Nd3+:YAG),另一个是半导体二极管。Nd3+:YAG激光的波长为1064纳米(nm),容易被含有特殊填料或颜料的塑料吸收。可以通过光导纤维将激光很方便的传送到激光头,尤其是在使用自动化装置的焊接技术。  

        二极管激光器产生的波长范围在800-1000nm之间,这对焊接来说是效率最高的能量区域。它结构紧凑,可以很方便的安装在自动化设备上。二极管激光的吸收特征和Nd3+:YAG的吸收特征类似。  
        塑料焊接有时也使用二氧化碳激光器。它能产生10600nm的光波,这同Nd3+:YAG和二极管激光器产生激光相比,更容易被塑料吸收。但是二氧化碳激光的穿透性能没有其它两种激光器产生的激光。因此二氧化碳激光器主要用于薄膜材料焊接。 

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    表 1: 市场上常用的塑料激光加工技术对比


      
        使用Nd:YAG或二极管激光的透射焊接技术,可以以超过20米/分的线速度将1mm以上厚度的塑料件焊接在一起。二氧化碳激光器焊接薄膜的速度可以高达750米/分。 

        材料  

        几乎所有的热塑性塑料和热塑性弹性体都可以使用激光焊接技术。常用的焊接材料有 PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等。而其它的一些工程塑料如聚苯硫醚PPS和液晶聚合物等,由于其具有较低的激光透过率而不太适合使用激光焊接技术。因此常常在底层材料上加入炭黑,以便使其能吸收足够能量,从而满足激光透射焊接的要求。 

    图 2:可用于激光焊接的聚合物

    图 2:可用于激光焊接的聚合物

        未填充的或者玻纤增强的聚合材料都可以用于激光焊接。但是过高的玻纤含量会散射发出得IR激光,降低光束通过聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接,但是随着颜料或染料含量的增加,激光束的通过塑料的穿透能力会有所下降。 

        焊接类型  

        塑料激光焊接有几种不同的焊接方式。 

        顺序型周线焊接(contour welding):激光沿着塑料焊接层的轮廓线移动并使其熔化,将塑料层逐渐的粘结在一起;或者将被夹层沿着固定的激光束移动达到焊接的目的。
      
        同步焊接(simultaneous welding):来自多个二极管激光束被引导到沿着焊接层的轮廓线上,并熔化塑料,从而使得整个轮廓同时熔化并粘结在一起。 

        准同步焊接(Quasi-simultaneous welding): 该技术综合了上述两种焊接技术。利用反射镜产生高速激光束(至少10 米/秒的速度),并沿着待焊接的部位移动,使得整个焊接处逐渐发热并熔合在一起。  

    图 3: 顺序型周线焊接、同步焊接和准同步焊接技术(左到右)

    图 3: 顺序型周线焊接、同步焊接和准同步焊接技术(左到右)

        另一方法是掩模焊接(mask welding)。激光束通过模板进行定位、熔化并粘结塑料,该模板只暴露出下面塑料层的一个很小的、精确的焊接部位。使用这种技术可以实现低至10微米的高精度焊接。  

     
     
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