塑料焊接是通過加熱軟化或熔化塑料界面,在一定的壓力和時間后,聚合物分子鏈通過界面擴散形成鏈糾纏,最終獲得焊點的強度。塑料激光焊接和超聲波焊接。
根據(jù)所采用的加熱方法,塑料焊接方法可分為外部加熱和內(nèi)部加熱。外部加熱采用導熱或?qū)α骷訜岷附颖砻?。?nèi)部加熱是在材料內(nèi)部加熱,以取代外部熱源,包括電磁加熱和機械加熱。與其他焊接方法相比,電磁加熱方法產(chǎn)生的振動力和熱應(yīng)力較小,即焊接部件更穩(wěn)定,老化速度更慢,更適合精密儀器或易損壞的產(chǎn)品。
與其他焊接方法相比,電磁加熱法中激光焊接產(chǎn)生的振動力和熱應(yīng)力較小,即焊接件更穩(wěn)定,老化速度更慢,更適合醫(yī)療器械或電力電子器件等精密儀器或易損壞產(chǎn)品的制造。因此,激光焊接技術(shù)具有變形小、熱影響區(qū)小、焊縫光滑美觀、老化速度慢、焊縫精密、牢固、密封等優(yōu)點,為工業(yè)生產(chǎn)中形狀復雜、結(jié)構(gòu)復雜的塑料產(chǎn)品提供了新的技術(shù)手段。
塑料激光焊接的優(yōu)點
目前,我國較為常見的焊接技術(shù)包括摩擦焊接、超聲波焊接和熱氣焊接。與傳統(tǒng)的塑料焊接技術(shù)相比,塑料激光焊接技術(shù)具有以下優(yōu)點:
(1)加熱和冷卻速度極快,大大降低了塑料制品的熱應(yīng)力和振動應(yīng)力。
(2)激光焊接控制簡單,屬于非接觸加工,適應(yīng)性強,結(jié)構(gòu)復雜或焊件小。
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(3)隨著激光焊接設(shè)備的不斷升級,其成本進一步降低,性能不斷提高。與其他焊接設(shè)備相比,具有維護方便、操作方便、支持長期使用等優(yōu)點。
(4)激光焊接焊件質(zhì)量好,焊縫牢固、精密、穩(wěn)定,焊接過程中無污染,是一種非常環(huán)保的焊接技術(shù)。
(5)激光焊接適用性強,可在多種條件下焊接,保證焊件質(zhì)量。例如,在真空、空氣或某種介質(zhì)的環(huán)境中,焊件的接觸面也可以通過透明塑料焊接。塑料激光焊接工藝。
塑料激光焊接的基本原理
通過焊接易于控制,是應(yīng)用最廣泛的焊接方法。通過焊接的原理是:使用兩種不同材料的熱塑性塑料,一種對激光透明,另一種吸收度高,兩者夾在低壓下,當激光通過透明塑料產(chǎn)品,然后被另一種具有一定吸收性的塑料產(chǎn)品吸收時,吸收激光能量的產(chǎn)品將光能轉(zhuǎn)化為熱能,在塑料接觸面熔化,由于材料的擴散,最終在界面上形成瞬時焊接區(qū)域。兩個塑料樣品通過焊接焊接的示意圖如圖1所示。塑料激光焊接的應(yīng)用。
圖1焊接原理圖
常用的激光焊接方法
塑料激光焊接方法主要有:輪廓焊接、同步焊接、準同步焊接和照射膜焊接。
輪廓焊接:沿焊接區(qū)域的輪廓線移動,或沿激光束移動夾層。原理圖如圖2a所示。靈活性好,自由度高,適用于焊接各種復雜的二維或三維焊件。
同步焊接:將多個二極管激光束傳輸?shù)胶附訁^(qū)域進行焊接。原理圖如圖2b所示。加工周期短,熱變形小,適用于一定規(guī)模的批量生產(chǎn)。
準同步焊接:激光束高速焊接區(qū)域采用反射鏡。原理圖如圖2c所示。靈活性好,自由度高,適用于簡單的平面二維焊接。
掩膜焊接:在激光束和待焊部件之間放置模板,使激光束準確焊接模板,該技術(shù)可達到低至10?μm高精度焊接。掩膜焊接是瑞士Leister的專利技術(shù)。原理圖如圖2d所示??珊附尤魏纹矫鎺缀涡螤?,精度極高。
a—輪廓焊接;b—同步焊接;c—準同步焊接;d—掩膜焊接激光焊接塑料常見問題。
圖2中有幾種常見的焊接方法
塑料激光焊接的基本工藝
塑料激光透射焊接技術(shù)的基本工作流程如下:
(1)將透明塑料焊件與吸光或添加吸收劑的塑料焊件堆放在一起,并使用夾具施加一定壓力,使兩個焊件的接觸面充分接觸;
(2)依次控制一束激光穿過透光焊件和吸收焊件,使激光穿過透光焊件到達吸光焊件;
(3)通過振動鏡控制激光的運動軌跡和速度,使激光按照預設(shè)軌跡和速度照射焊件的接觸面;
(4)接觸面下方的吸光焊件吸收激光能量并產(chǎn)生熱量。焊接接觸面通過熱傳導熔化。在夾具壓力下,熔化狀態(tài)下的塑料完全混合;歐卡德塑料激光焊接機。
(5)關(guān)閉激光,熔化狀態(tài)下的焊接接觸面隨著激光能量的減少逐漸冷卻,形成牢固的焊縫,焊件緊密連接在一起。
摘自《工程塑料應(yīng)用》第六期《塑料激光焊接技術(shù)研究動態(tài)與發(fā)展趨勢》,作者周克良等。