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塑料激光焊接工艺

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-05-14 0:09:05 * 浏览: 1
一,激光波长在金属材料的激光焊接过程中,一般采用YAG或CO2激光作为光源,塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展,半导体激光器逐渐成为光源应用。其中,由于容易获得更高的功率,前两者在传统的材料加工工业中更常用,而且由于塑料激光焊接对光源的功率要求低,因此对可控性和易用性有要求。的操作。更高,因此半导体激光器在塑料焊接中也非常有用。 CO2,Nd:YAG和半导体激光源的波长,最大功率和最小聚焦直径的典型值如下:1。CO2激光:波长较长,10.6微米,属于远端 - 红外波段。通常,塑料材料很好地吸收这种波长。目前,最大输出功率为50kW,转换效率约为10%,最小聚焦直径约为0.2-0.7mm。焊接塑料时,热作用区的深度较深,适用于焊接厚塑料。 CO2激光器不能通过光纤传输,并且仅由$ amp,*镜头反射镜组成的光学系统可用于构造影响激光头可操作性的刚性传输路径。 2. Nd:YAG激光:波长较短,为1.06微米,属于近红外波长,不易被塑料吸收。最大输出功率为6kW,转换效率为3%,最小聚焦直径为0.1-0.5mm。 Nd:YAG激光器的特点是聚焦面积小,可以通过光纤传输轻松构建。激光头可以安装在机器人手臂上,实现焊接过程的数控和精确自动化。另一方面,上层可以穿过上层。待焊接的材料通过到达待焊接的下层材料或中间层而被吸收,从而实现焊接。 3.半导体激光器:波长0.8至1.0μm,最大输出功率6 kW,转换效率30%,最小聚焦直径0.5 mm。由于其输出功率小,适用于焊接激光功率要求,如小型塑料设备的精密焊接。半导体激光能量转换效率高,并且易于实现激光器的小型化和便携性。二,塑料材料可以激光焊接的塑料是热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都可以激光焊接。塑料激光焊接技术对焊接塑料的要求是:热作用区中的材料需要良好的激光吸收,不属于热作用区的材料需要良好的光波透过性,尤其是当两个薄塑料部件堆叠时尤其如此。通常实现在热作用区中将吸收剂添加到塑料中。目前可用于激光焊接的单组分塑料包括:PMMA - 聚甲基丙烯酸甲酯(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-聚氯乙烯塑料,尼龙6-尼龙6 ,尼龙66-尼龙66,PS-PS树脂等。由上述各种塑料制成的塑料部件,例如模塑塑料,塑料片,薄膜,弹性体,纤维,甚至纺织品,可用作待焊接的物体。由于激光焊接具有传统的热焊接区域小且控制精确且容易的特点,因此也可以焊接上述各种单一材料。三,吸收剂吸收剂的应用是塑料激光焊接过程中非常重要的过程。如上所述,塑料激光焊接的本质是将待焊接的塑料熔化在热作用区中,然后自然冷却以实现塑料部件的连接。熔化塑料需要塑料部件吸收足够的激光能量。塑料本身自然最好以更高的吸收率吸收激光能量。然而,通常,在不吸收吸收剂的情况下,塑料非常好地吸收光波,吸收效率低,并且熔化效率不理想。一般来说,理想吸收ent是炭黑,它可以充分吸收红外波长的激光能量,从而大大提高塑料的吸热效果,使热作用区的材料熔化更快,效果更好。一些其他颜色的染料也可以具有吸收光波的相同效果。英国焊接学会(TWI,TheWeldingInstitute)开发出一种对可见光透明的染料。通过使用该染料作为吸收剂,可以获得透明的塑料焊接。炭黑吸收红外波段的激光并吸收可见光。这也是炭黑看起来黑的原因。使用炭黑作为吸收剂使得激光焊接焊缝颜色更深并且与基底材料不同。由TWI产生的对可见光透明的染料仅吸收红外范围内的电磁波并且不吸收可见光,因此焊缝似乎仍然是透明的。在许多情况下,塑料焊接需要美观和精致的成品,因此与炭黑相比,对可见光透明的染料清除剂非常受欢迎。添加吸收剂的方法有三种:一种是将吸收剂直接渗透到待焊接的材料中,使得已经穿透吸收剂的塑料构件放置在下面,并且将没有吸收剂的塑料构件放置在其上以允许将激光放在其上。光波通过,第二个是渗透到待焊接的塑料部件的表面,因此只有一部分渗透有吸收剂的塑料会熔化为热影响区,第三个是喷涂的在待焊接的两个塑料部件的接触或打印吸收剂。四,其他参数与金属焊接不同,塑料激光焊接所需的激光功率不尽可能大。焊接激光功率越大,塑料部件上的热影响区越大越深,导致材料过热,变形甚至损坏。应根据所需的熔化深度选择激光功率。塑料激光焊接速度比较快,一般1mm厚的焊缝焊接速度可达20m / min,而大功率CO2激光焊接塑料薄膜,最高速度可达750m / min。 5.在软件激光焊接系统中,计算机软件的功能是数字控制激光头的轨迹和速度,激光功率等一般工艺参数,以达到改善加工的目的。速度和准确性,提高加工质量。传统激光加工(laseroem)中的软件控制没有什么不同,但由于吸收剂在塑料激光焊接中的特殊作用,塑料激光焊接控制系统和加工系统各有特色。英国TWI研究所与ClearWeld塑料焊接工艺相结合,设计并开发了用于计算预测吸收剂用量和用量的软件。根据不同材料的厚度,颜色,吸收率等,结合激光功率,光波透过率等,吸收剂的量和添加方法在焊接前用软件计算然后根据预测量添加吸收剂。提供给软件的输入数据包括:塑料材料特性:类型,厚度,颜色,焊接数据:焊接区域形状复杂度,宽度,焊接速度,激光特性:功率,红外光透射率等。经过计算和筛选,软件的输出结果包括:吸收剂的类型,剂量和所需的添加方式,焊接过程中激光波在上层的能量损失。软件的计算结果非常接近实际焊接测量的结果。图6显示了焊接后产生的热影响区(HAZ)的计算值与实际测量值之间的比较。使用的塑料材料是PMMA。可以看出,软件计算结果与测量结果非常接近。由于塑料激光焊接具有很强的规律性和良好的可预测性,使用软件计算和筛选方法预测结果是非常有效和可行的。