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焊接

為什么激光焊接塑料優(yōu)勢(shì)明顯?塑料焊接工藝類型和焊接方法“全解”

激光制造網(wǎng) 來源:銳科激光2025-01-13 我要評(píng)論(0 )   

說起焊接,大家第一時(shí)間聯(lián)想到的可能是金屬零件的連接。那么日常生活中看到的各種塑料產(chǎn)品是怎么焊接的呢?上周,我們發(fā)布了《銳科2μm摻銩光纖激光器在生物醫(yī)療器械領(lǐng)...

說起焊接,大家第一時(shí)間聯(lián)想到的可能是金屬零件的連接。那么日常生活中看到的各種塑料產(chǎn)品是怎么焊接的呢?上周,我們發(fā)布了《銳科2μm摻銩光纖激光器在生物醫(yī)療器械領(lǐng)域透明塑料的高質(zhì)高效焊接應(yīng)用案例》(點(diǎn)擊藍(lán)色字了解),引起了大家的對(duì)塑料焊接的關(guān)注。接下來,小編將從塑料焊接工藝、塑料激光焊接原理及方法、塑料焊接裝置配置、塑料激光焊接行業(yè)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)等方面分為上下兩篇來科普下塑料焊接。


所有的塑料材料都可以焊接嗎?


熱固性塑料

 

熱塑性塑料


是不是任意一種塑料材料都可以焊接呢?塑料根據(jù)其物理化學(xué)性能分類,分為熱固性塑料和熱塑性塑料。


其中熱固性塑料為化學(xué)分子結(jié)構(gòu),一般是一次成型。如上圖中開關(guān)面板和幼兒用的碗都是熱固性塑料加工而成的,它們具有耐高溫的特性,質(zhì)地堅(jiān)硬、難以熔化,加熱后也不再軟化,過度加熱直接分解。


另一種熱塑性塑料特點(diǎn)明顯不同,如上圖熱塑性的塑料零件,它們?cè)谑軣釙r(shí)發(fā)生軟化或熔化,可流動(dòng)成型,且可以反復(fù)多次加熱。由此可知,并不是所有塑料材料都能實(shí)現(xiàn)焊接。


塑料焊接工藝有哪些類別?


目前常用的塑料焊接工藝方法主要有四類:

(1)熱板焊接——通過熱板加熱后進(jìn)行的焊接,如示意圖將產(chǎn)品熔化后再取出熱板,產(chǎn)品加壓實(shí)現(xiàn)焊接;

(2)超聲波焊接——利用高頻振動(dòng)波傳遞到需要焊接的物體表面,在加壓的情況下,摩擦生熱進(jìn)行產(chǎn)品的焊接;

(3)振動(dòng)摩擦焊接——兩個(gè)塑料部件在一定的壓力、振幅和頻率下,相互接觸摩擦。因摩擦產(chǎn)生熱量,使得材料在焊縫界面處熔化。在壓力下,熔融塑料從焊縫區(qū)域流出形成溢料。在振動(dòng)停止后,熔融塑料層固化,并產(chǎn)生一個(gè)堅(jiān)固的接頭;

(4)激光焊接——激光焊接技術(shù)是借助激光束產(chǎn)生的熱量使塑料接觸面熔化,進(jìn)而將熱塑性片材、薄膜或模塑零部件粘結(jié)在一起的技術(shù)。

這四種焊接方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下圖,其中塑料激光焊接的優(yōu)點(diǎn)尤為明顯,它可以加工復(fù)雜零件,且具有焊接周期短可在線監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)成本低的特點(diǎn)。


焊接方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比


塑料激光激光焊接具有這么多優(yōu)勢(shì),它的原理是怎樣的呢?


塑料激光焊接的原理


激光塑料焊接方法要求上下層待焊材料對(duì)一定波長的激光分別表現(xiàn)為較好的透過性和較好的吸收性?;诖?,塑料激光焊接也稱為激光透射焊接,激光焊接原理如圖所示。


激光焊接原理


焊接時(shí),激光透過上層材料并在上層材料與下層材料的結(jié)合面處被下層材料吸收并產(chǎn)生熱量,熱量在上下層材料之間傳遞,使結(jié)合面融化,熔融狀態(tài)下的塑料大分子在焊接夾具的壓力和熱膨脹的作用下相互擴(kuò)散和纏結(jié),產(chǎn)生范德華力實(shí)現(xiàn)焊合。


左圖是幾種透明塑料材料對(duì)波長的透過率,可以看出在塑料材料對(duì)1200nm以下波長的透過率都很高,對(duì)于1200nm以上波長吸收率有所增加。一般說來,當(dāng)上層材料激光透過率高于50%,下層材料激光透過率低于20%時(shí),會(huì)獲得較好的激光焊接效果。右邊這個(gè)圖表為常用塑料材料的可焊性。

由于塑料焊接過程需要施加壓力,那么塑料零件焊接對(duì)其結(jié)構(gòu)就有相應(yīng)的要求。如下圖所示,塑料零件焊接一般為上下搭接結(jié)構(gòu),對(duì)于管類零件,可實(shí)現(xiàn)過盈配合的管類焊接。

塑料零件焊接結(jié)構(gòu)


塑料激光焊接方法的類型


塑料激光焊接方法一般分為四類:


(1)輪廓焊接:激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動(dòng)并使其熔化,將塑料逐漸粘結(jié)在一起。主要用于焊接規(guī)則外形且有焊接速度要求的零件;


(2)同步焊接:使用帶有多個(gè)激光口的激光發(fā)射器,通過光學(xué)器件調(diào)整激光束的方向和形狀;激光束通過程序引導(dǎo),沿著焊接層的輪廓線焊接,使整個(gè)輪廓線同時(shí)熔化并粘結(jié)在一起。主要用于焊接接觸面積較大,且焊接一致性要求較高的零件;

(3)掃描焊接:又稱準(zhǔn)同步焊接,它綜合了上述兩種焊接技術(shù)。利用光學(xué)器件產(chǎn)生高速激光束,沿著待焊接的部位移動(dòng),使得整個(gè)焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。此方法對(duì)激光發(fā)射設(shè)備要求較高;

(4)掩膜焊接:通過預(yù)先制作的模板遮擋無效區(qū)域的激光束,只暴露出精確的焊接部位,僅對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行熔化,實(shí)現(xiàn)焊接過程。這種焊接技術(shù)精度高,是目前應(yīng)用較廣的激光焊接技術(shù),設(shè)備通用性強(qiáng),模板制作簡單、成本低,可以實(shí)現(xiàn)低至10μm的高精度焊接。

工藝方法分類


隨著國內(nèi)激光技術(shù)所需設(shè)備費(fèi)用的不斷下降以及各大領(lǐng)域?qū)λ芰霞附庸に囈蟮闹鸩教岣撸す馑芰虾附蛹夹g(shù)越來越受歡迎。那么一臺(tái)塑料激光焊接裝置和工裝夾具應(yīng)該如何配置呢?焊接的工藝流程包括哪些?焊接過程中會(huì)出現(xiàn)哪些缺陷,又該如何避免呢?我們下篇繼續(xù)揭曉!

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