塑料激光焊接技术的应用较广,典型应用领域包括:
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;
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。塑料质外包装材料的激光焊接连接。塑料材料为热塑性塑料和人造橡胶。
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。
电子器件产品的封装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。
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。
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适合激光焊接的塑料和颜色
能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。 塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:上层塑胶件材料,则要求对光波的透过性好;下层塑胶件材料,要求对激光光波的吸收性好;尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。
激光对热塑性材料的焊接主要是采用激光透射焊接的方法。此方法对被焊接的两种材料性质有一定的要求,也就是上面的热塑层对采用的激光波长是透明的,而下面的热塑层能吸收激光能量。激光束透过透明的上层材料到达下层材料,下层材料的表面因吸收激光能量而熔化,此时在一定的压力下两种材料通过分子联接而被焊接在一起。由于激光是非机械接触的聚焦在下层材料的表面,激光引起的热效应是局域的,所以此方法可避免对被焊接材料的机械和热损伤。目前热塑材料总加工的20%左右是基于激光焊接的。
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。 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。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果。
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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;
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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;
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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。
塑料激光焊接中的一个重要课题就是两个被焊接塑胶件的颜色搭配,这是由所采用的激光透射焊接的原理所决定的。下图显示了因材料颜色的不同而造成的焊接难易程度。其中透明+黑色最容易进行焊接。而随着激光焊接技术的发展,白色+白色的激光焊接已经成为可能。塑胶件的激光焊接结构大致包括三种:搭接型、T型和圆周型。搭接型:
T型:
圆周型:
激光焊接的其它注意事项
同塑胶件的超声波焊接一样,在焊接之前两个零件之间需要先使用定位特征进行定位
另外,在设计塑胶件结构时,需要考虑激光束的可达性