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塑料材料激光焊接工艺

来源:爱游戏体育官网   发布时间:2022-06-11 00:34nbsp;  点击量:

本文摘要:一、激光的波长 在金属材料的激光焊工艺中,一般使用YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊也不值得注意。随着半导体材料工业的较慢发展,半导体激光作为光源也慢慢获得了应用于。 三者之中,由于更容易取得较小功率,前两者在传统的材料加工工业中的用于更为广泛;而由于塑料激光焊对光源功率大小拒绝不低,但对可控性和易操作性拒绝较高,因此半导体激光在塑料焊中也很有用武之地。

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一、激光的波长  在金属材料的激光焊工艺中,一般使用YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊也不值得注意。随着半导体材料工业的较慢发展,半导体激光作为光源也慢慢获得了应用于。  三者之中,由于更容易取得较小功率,前两者在传统的材料加工工业中的用于更为广泛;而由于塑料激光焊对光源功率大小拒绝不低,但对可控性和易操作性拒绝较高,因此半导体激光在塑料焊中也很有用武之地。

  CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、仅次于功率、大于探讨直径等参数的典型值如下所佩:  1.CO2激光:波长较长,为10.6微米,科远红外波段,一般情况下塑料材料对这一波长的吸取情况好。目前仅次于输出功率约50kW,转化成效率大约10%,大于探讨直径约0.2~0.7mm。

焊塑料时热起到区深度较深,适合于必须焊坚硬的塑料材料。CO2激光无法用光纤传输,不能$*透镜反射镜构成的光学系统来建构刚性传输光路,从而影响激光头的操作性。

  2.Nd:YAG激光:波长较短,为1.06微米,科近红外区波长,容易被塑料吸取。仅次于输出功率6kW,转化成效率为3%,大于探讨直径0.1~0.5mm。

Nd:YAG激光的特点是探讨区域小,可以便利地通过光纤传输来建构光路,可将激光头装有到机器人手臂上,构建焊过程的数控和仪器自动化;另一方面可以较好地利用上层的待焊材料,抵达下层待焊材料或者中间层而被吸取,从而构建焊。  3.半导体激光:波长0.8~1.0微米,仅次于输出功率6kW,转化成效率30%,大于探讨直径0.5mm。由于其输入输出功率较小,限于于焊激光功率拒绝较低的场合,如小型塑料器件的仪器焊。

半导体激光能量转化成效率高,更容易构建激光器的小型化和便携化。  二、塑料材料  需要被激光焊的塑料皆归属于热塑性塑料。

理论上,所有热塑性塑料都需要被激光焊。  塑料激光焊技术对被焊塑料的拒绝为:在热起到区内的材料,拒绝对激光光波的吸收性好;不属于热起到区部分的材料,则拒绝对光波的利用性好,特别是在在对两件厚塑料件展开砌焊接时更是如此。一般向热起到区塑料中加到吸收剂可以超过目的。目前需要用于激光焊的单种成分塑料还包括:  PMMA――凝甲基丙烯酸甲脂(有机玻璃),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-尼龙6,Nylon66-尼龙66,PS-PS树脂,等等。

  上述各种塑料做成的塑料件,如模制的塑料五品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊的对象。由于激光焊具备传统焊不具备的热起到区小、掌控准确更容易的特点,因此上述各种单体材料之间也可以展开焊。  三、吸收剂  吸收剂的应用于是塑料激光焊工艺中十分最重要的工艺。如前所述,塑料激光焊的本质是将冷起到区的待焊塑料融化,随后加热大自然构建塑料件的黏合。

让塑料融化必须使塑料件吸取充足的激光能量。塑料自身需要以较高吸收率吸取激光能量大自然最差,但一般在不加到吸收剂的情况下,塑料对光波的吸收性不是很好,吸取效率很低,融化效率不理想。

  一般来说理想的吸收剂是碳黑,碳黑需要将红外波长的激光能量基本全部吸取,从而大大提高塑料的热吸取效果,使得热起到区的材料融化更加慢、效果更佳。一些其他颜色的染料也需要起着完全相同的吸取光波的效果。

  英国焊学会(TWI,TheWeldingInstitute)研制出了一种对红外线半透明的染料。用这种染料做到吸收剂,可以获得半透明的塑料焊缝。

碳黑在吸取红外波段的激光光波的同时,也吸取红外线波,这也是碳黑看上去为黑色的原因,用碳黑不作吸收剂不会使激光焊焊缝颜色变深,与母材颜色有所不同。TWI研制出的对红外线半透明的染料只吸取红外波段的电磁波,不吸取红外线,因此看上去焊缝依然是半透明的。  很多情况下,塑料焊拒绝成品美观、精美,因此比起碳黑,对红外线半透明的染料吸收剂十分不受注目。  加到吸收剂的方法有3种:一是必要向待焊材料中渗透到吸收剂,这样应当将渗过吸收剂的塑料件放到下面,而把没井水吸收剂的塑料件放到上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊的表面井水吸收剂,这样只有被渗入了吸收剂的一部分塑料将沦为热起到区而被融化;三是在两块待焊塑料件的认识处喷涂上或者印刷上吸收剂。

  四、其他参数  与金属焊有所不同,塑料激光焊必须的激光功率并不是越大就越好。焊激光功率越大,塑料件上的热起到区就越大、更深,将造成材料短路、变形、甚至损毁。应当根据必须融化的深度来自由选择激光功率。

  塑料激光焊的速度较为慢,一般获得1mm薄焊缝的焊速度平均20m/min;而使用高功率的CO2激光器焊塑料薄膜,最低速度可以超过750m/min。  五、软件  激光焊系统中,计算机软件的起到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展开数字化掌控,以超过提升加工速度和精度、提高加工质量的目的,这些与传统的激光加工(laseroem)中的软件掌控并没什么有所不同,但由于塑料激光焊中吸收剂的特殊作用,塑料激光焊控制系统和加工系统又有其自身的特色。  英国TWI研究所融合其ClearWeld塑料焊工艺,设计研发了计算出来预测吸收剂用量及用法的软件。

根据有所不同材料的厚度、颜色、吸取比率等,融合激光器的功率、光波利用亲率等参数,在焊前用软件计算出来吸收剂的用量和加到方法,再行根据预测的用量加到吸收剂。  获取给软件的输出数据还包括:塑料材料特性:种类、厚度、颜色;焊数据:焊区域形状复杂程度、宽度、焊速度;激光器特性:功率、红外光利用亲率等。  经过计算出来和检验,软件得出的输入结果还包括:吸收剂种类、用量及拒绝的加到方式的列表,焊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测量的结果很相似,图6为焊后分解的热影响区(HAZ)大小的计算出来值和实际测量值的对比,所用塑料材料为PMMA。  可见,软件计算结果与测算结果十分相似。由于塑料激光焊的规律性较强,有较好的可预测性,因此,使用软件计算出来检验方法预测结果是十分有效地和不切实际的。


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