激光塑料焊接的工藝原理

激光塑料焊接工藝原理

高聚物材料的激光焊接是一種透射式焊接工藝。因為許多熱塑高聚物對于可見光和近紅外光具有較好的光學穿透性，這樣激光就可以穿過上層材料到達焊接面，下層的材料含有一種可以吸收激光的著色劑，它吸收激光，從而受熱融化下層材料。由于上下兩層材料都有很好的熱傳導性并且接觸很緊密，下層產生的熱量可以傳到上層材料并使它融化，這樣就把兩個部件粘接在一起。

　　目前激光透射式焊接有多種方式。其中最常用的兩種是輪廓焊接方式和掃描焊接的方式，這兩種方式的主要區別是在焊接材料上聚集能量的方式不同。由于兩者各有優點，不同的應用需要選擇適宜的焊接方式。

　　輪廓焊接

　　輪廓焊接是指需要焊接的零件和激光束按照制定好的路線進行相對移動而完成的焊接，相對移動通過旋轉軸、線性軸或者機器人來完成，隨著路徑的前進焊接材料依次融合從而完成焊接。這種方式的焊接，焊縫寬度范圍從產生零點幾到幾毫米，取決于激光模式和聚焦系統。

　　這種工藝柔性大，可以進行復雜的，三維的輪廓焊接。焊接零件的尺寸只是受限于用來固定焊接零件的夾具，這樣就能實現大型零件的焊接。這種焊接方式的不足是，由于高聚物的局部融化產生膨脹變形會導致焊接零件產生尺寸偏差。

　　輪廓焊接主要應用于形狀對稱的接縫的轉動焊接或不允許有飛濺和殘渣的大型零件的焊接。

　　掃描焊接

　　電鏡掃描的焊接方式結合了輪廓焊接和同步焊接兩種方式。相對于輪廓焊接，掃描焊接的聚焦激光束沿焊縫移動的速度更快。這種方式可以同時加熱融化整個焊縫，從而對焊縫的加熱更加均勻，還可以補償焊接工件的幾何尺寸誤差。此外，這種焊接方式產生的飛濺也少。

　　這種工藝的循環時間比輪廓焊接短的多，由于電鏡掃描范圍的限制，零件尺寸不能超過230x230mm，但可以通過采用多個電鏡的方法來實現較大零件的焊接。掃描焊接不能進行復雜的三維焊接，它適合焊接時間短、小型零件的焊接或為了質量控制需要監控焊接軌跡的焊接。

　　掃描焊接方式對于汽車中的傳感器電子產品的焊接非常適用。采用LaserQuipment?焊接系統可以在3秒內完成100mm長度的焊接。所有激光防護裝置和焊接監測裝置都集成在這個焊接系統中，而且還配有一套專用的夾具。

　　同步焊接

　　同步焊接方式是指焊縫同時被一束或多束激光照射加熱。這種方式沒有焊縫長度的限制，焊縫也可以不在一個平面上，只要夾具的壓力沿整個焊縫能夠均勻的分布即可。

　　同步焊接可以很好的完成同一平面上的焊接，但如果是球面的曲線焊接就需要添加額外的光束整形部件，通過調整和控制這個分立的光學部件，可以使激光能量在整個焊縫長度范圍內均勻分布。

　　同步焊接方式適合大量生產或焊接時間短的應用。

　　復合光焊接

　　混合光焊接是LPKF公司研發的一項新技術。采用這項技術的激光焊接系統成本效益高、無需夾具，可以克服焊接大型的、三維的工件所遇到的尺寸偏差問題。這項技術采用的是激光和傳統鹵素燈發出的紅外光的混合光。實驗已經證明采用雙重光可以提高焊接速度和焊接尺寸精度。

　　混合光焊接技術不僅僅應用在汽車零件（前燈、尾燈和發動機塑料部件等）的生產上，也可以應用在日用品和醫藥用品的生產上。