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塑料激光焊接的原理和方法

  塑料激光焊接的原理:激光塑料焊接方法要求上下层待焊材料对一定波长的激光分别表现为较好的透过性和较好的吸收性。基于此,塑料激光焊接也称为激光透射焊接,激光焊接原理如图所示。

塑料激光焊接原理

  焊接时,激光透过上层材料并在上层材料与下层材料的结合面处被下层材料吸收并产生热量,热量在上下层材料之间传递,使结合面融化,熔融状态下的塑料大分子在焊接夹具的压力和热膨胀的作用下相互扩散和缠结,产生范德华力实现焊合。

塑料焊接透过率

  左图是几种透明塑料材料对波长的透过率,可以看出在塑料材料对1200nm以下波长的透过率都很高,对于1200nm以上波长吸收率有所增加。一般说来,当上层材料激光透过率高于50%,下层材料激光透过率低于20%时,会获得较好的激光焊接效果。右边这个图表为常用塑料材料的可焊性。

  由于塑料焊接过程需要施加压力,那么塑料零件焊接对其结构就有相应的要求。如下图所示,塑料零件焊接一般为上下搭接结构,对于管类零件,可实现过盈配合的管类焊接。

塑料零件焊接结构

  塑料焊接方法一般分为四类:

  (1)轮廓焊接:激光沿着塑料焊接层的轮廓线移动并使其熔化,将塑料逐渐粘结在一起。主要用于焊接规则外形且有焊接速度要求的零件;

  (2)同步焊接:使用带有多个激光口的激光发射器,通过光学器件调整激光束的方向和形状;激光束通过程序引导,沿着焊接层的轮廓线焊接,使整个轮廓线同时熔化并粘结在一起。主要用于焊接接触面积较大,且焊接一致性要求较高的零件;

  (3)扫描焊接:又称准同步焊接,它综合了上述两种焊接技术。利用光学器件产生高速激光束,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。此方法对激光发射设备要求较高;

  (4)掩膜焊接:通过预先制作的模板遮挡无效区域的激光束,只暴露出精确的焊接部位,仅对焊接区域进行熔化,实现焊接过程。这种焊接技术精度高,是目前应用较广的激光焊接技术,设备通用性强,模板制作简单、成本低,可以实现低至10μm的高精度焊接。

塑料激光焊接工艺


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