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激光塑料焊接原理

激光塑料焊接原理

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   激光透射焊接中,激光光束穿透上層透射部件,照著到下層吸收激光的部件。激光能量被吸收部件中的染料或添加劑顆粒吸收,轉化為熱量。吸收部件融化,通過熱傳導,熱量傳遞到上層透射零件中。在焊接開始前,兩部件在外部壓力的作用下相互接觸。焊接過程中,零件被局部加熱,材料的熱膨脹會提供附加的內部焊接壓力。在內部和外部焊接壓力的共同作用下,兩部件被牢固的焊接在一起。

隨著激光器的研發不斷深入,激光器所對應的的工藝應用也在越來越多的材料上成為可能。自上世紀九十年代以來,塑料激光焊接技術得到了長足發展。目前的塑料激光焊接技術已經廣泛應用在了汽車零部件、醫療器械、消費電子、新能源電池等各個領域。
塑料激光焊接也叫激光穿透焊接,基本原理是:上下兩個塑料工件放置于夾具中并施加足夠的壓力,激光束穿透上層塑料后,下層塑料表面吸收激光能量并融化塑料,融化的塑料在焊接壓力的作用下融合,冷卻后形成了牢固的焊縫。
激光塑料焊接幾個主要的參數分別為:激光能量、焊接速度、焊接壓力等。
塑料激光焊接技術的主要工藝方式有如下幾種:

輪廓焊接

《原理》
輪廓焊接時,激光束通過鏡頭聚焦成一定尺寸的光斑,激光鏡頭放置于運動軸或者機器人上,運動平臺帶動鏡頭使得光斑沿焊接線順序運動完成焊接。
輪廓焊接的設備投資成本較低,因為順序融化塑料,需要的激光功率相對較低。輪廓焊接的柔性相對比較好,不同塑料工件的激光焊接只需要更換夾具即可。
輪廓焊接根據焊縫設計的不同,可以形成沒有任何焊接塌陷的焊縫,或者形成有焊接塌陷的焊縫。需要注意的是,輪廓焊接的焊縫焊接塌陷是不可控的,根據材料的不同,焊縫的焊接塌陷一般在0.1-0.2mm左右。

準同步焊接

《原理》
準同步焊接時,激光束也是通過激光頭聚焦成光斑,激光頭是一個掃描振鏡,內部有兩面馬達驅動的反射鏡,可以快速反射光斑并使得光斑快速沿著焊接線進行掃描直至把焊縫完全融化。
準同步焊接工藝一種在汽車行業通用的塑料激光焊接工藝,在焊接過程中可以實現焊縫的塌陷,通過焊縫的塌陷,可以補償注塑工件及夾具產生的誤差,降低對注塑件的精度要求。同時,通過監控焊縫的塌陷量,可以實現非常經濟的在線過程及質量監控。
準同步焊接工藝是塑料激光焊接技術中應用最為廣泛的工藝,它焊接速度相對較快,對注塑件要求較低,可以以較經濟的方式實現質量及過程監控。

同步焊接

《原理》
同步焊接是一種極其高效的塑料激光焊接工藝,激光單元直接按照焊縫的形狀進行排列,將塑料工件置于排列的激光下面照射完成焊接。也有一些技術直接將激光束通過整形技術形成焊縫形狀,這種技術的局限性在于只能形成對稱性的焊縫形狀,而且尺寸不能太大。
同步焊接也可以通過焊縫的塌陷來補償注塑件或者夾具形成的誤差,焊接塌陷也可以作為塑料激光焊接的質量監控依據。但是,同步焊接設備的柔性比較差,換型成本很高,只能適用于對生產節拍敏感的單一產品的大批量生產。同步焊接的設備造價相當昂貴,一般需要百萬歐左右。

滾壓焊接

《原理》
滾壓焊接是一種創新性的激光塑料焊接工藝,它有多種不同的形式。主要的滾壓焊接形式有兩種:
第一種是萊丹公司的Globo滾珠焊接,激光鏡頭端部有一個氣墊式玻璃球,這個玻璃球同時起到聚焦激光以及夾緊塑料件的作用。在焊接過程中,Globo鏡頭由運動平臺帶動沿著焊接線滾動完成焊接,整個過程就猶如圓珠筆寫字一樣簡單。Globo焊接過程無需復雜的上夾具,只需要制作一個底模支撐產品即可。Globo滾珠焊接工藝還有一個變種Roller滾筒焊接工藝,區別在于將鏡頭端部的玻璃球改成圓柱狀玻璃桶以得到較寬的激光線段,Roller滾筒焊接適宜于較寬的焊接的焊接。
第二種是樂普科公司的TwinWeld焊接工藝,這種塑料激光焊接工藝在鏡頭的端部加裝了一個金屬壓輪,在焊接過程中,壓輪壓住焊接線邊緣進行焊接。這種塑料激光焊接工藝的優點在于金屬壓輪不會產生磨損,有利于規?;a。但是壓輪的壓力作用于焊接線邊緣,容易產生力矩,形成各種焊接缺陷。同時由于鏡頭結構相對較復雜,為焊接編程造成一定的困難。

掩膜焊接

《原理》
掩膜焊接是一種焊接復雜焊縫或精密流道的塑料激光焊接技術,激光束整形成為一定長度的線狀光斑,塑料工件擱置于一塊玻璃基或塑料基的掩膜板下方,激光束掃射焊接面完成焊接。掩膜板一般采用玻璃或者亞克力材質,在不需要激光焊接的部位鍍上鉻、銅、金等反射激光的金屬,這樣線狀激光掃過時,沒有鍍層的位置的塑料都被焊接上。
掩膜焊接最適合微流控芯片等流體器械的塑料激光焊接封裝,掩膜焊接也適合極其微小及精密焊縫的塑料激光焊接。


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