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1、塑料激光焊接基本知識

1.1 塑料激光焊接的原理

激光焊接的原理是兩個塑膠件在較低壓力下被夾緊在一起，將激光束聚焦于兩個塑膠件至上，其中上層塑膠件對于紅外激光是穿透的，下層塑膠件吸收激光，吸收激光能量的塑膠件將光能轉(zhuǎn)化為熱能，在塑膠件的接觸面熔化，同時熱也傳導(dǎo)到上層塑膠件，形成熔化區(qū)。在夾緊力的作用下，熔化區(qū)域產(chǎn)生分子間的混合，冷卻后形成焊縫，從而把兩個塑膠件緊固成一體。

塑料激光焊接的視頻如下所示：

，時長00:48

1.2 激光焊接的光源

塑料激光焊接工藝中，一般采用YAG或者CO2激光作為光源。隨著半導(dǎo)體材料工業(yè)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體激光作為光源也漸漸得到了應(yīng)用。

CO2激光：

特點：波長為10.6微米，最小聚焦直徑約0.2-0.7毫米；

優(yōu)點：塑料對此波長的激光吸收好；

缺點：不能用光纖傳輸，激光頭的操作性差；

適合場合：焊接塑料時熱作用區(qū)較深，適合需要焊接較厚的塑料材料；

YAG激光：

特點：波長1.06微米，屬近紅外區(qū)波長，最小聚焦直徑0.1-0.5mm；

優(yōu)點：聚焦區(qū)域小，可通過光纖傳輸來構(gòu)建光路，可將激光頭裝到機器人手臂上，實現(xiàn)焊接過程的數(shù)控和精密自動化；

適合場合：較好的透過上層待焊塑料，到達(dá)下層待焊接材料或中間層而被吸收，從而實現(xiàn)焊接，汽車車燈的激光焊接常用此光源；

半導(dǎo)體激光

特點：波長0.8-1.0微米，最小聚焦直徑為0.5mm;

優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)換效率高，易于實現(xiàn)激光器的小型化和便攜化；

缺點：輸出功率??；

適合場合：適用于焊接激光功率要求較低的場合

1.3 激光焊接的方法

常見的激光焊接的方法包括以下幾種：

1）輪廓焊接

輪廓焊接是最簡單，目前使用最廣的焊接流程。

在焊接時激光束通過光學(xué)系統(tǒng)和振鏡在被焊接的物體上移動或者激光束靜止而被焊接物體移動。激光與被焊接物體之間的相互作用時間取決于光束焦點尺寸和移動速度，既而影響焊接時間和效果。

輪廓焊接是一種非常靈活的焊接流程，可實現(xiàn)復(fù)雜的三維焊接，在包裝行業(yè)里有廣泛的應(yīng)用。

2）同步焊接

在同步焊接中激光束同時照射焊接區(qū)域，從而明顯減少了焊接處理時間，并允許搭橋焊接具有大縫隙的兩個相鄰部件。

與輪廓焊接相比由于更長的激光作用時間使通過同步焊接方法焊接的部位更加牢靠

3）放射狀焊接

經(jīng)由高速掃描電機定位后的激光束，再由圓錐型鏡面二次反射，可形成對圓柱狀表面圓周線狀的焊接。按電機掃描的速度快慢程度，可分別作順序型周線焊接或準(zhǔn)同步焊接。

零件的緊配配合確保了焊接加工所需要的嵌位壓力，而零件在焊接過程中無須移動。

4）掩模焊接

掩模焊接是一種借助掩模，基于輪廓焊接或著同步焊接方法的流程，其原理與芯片制造上的光刻技術(shù)相似。這種流程主要使用在復(fù)雜的幾何焊接圖案上，最小接縫寬度大于100μm。掩模往往是由薄片或金屬化的玻璃制成。

由于制作掩模比較繁瑣，所做的掩模只針對一個焊接幾何圖案，所以掩模焊接往往缺乏靈活性，但適合大批量的焊接加工。

Globo焊接

Globo焊接是沿著產(chǎn)品的輪廓周線進(jìn)行焊接的。激光束經(jīng)由氣墊式，可無摩擦任意滾動的玻璃球點狀式的聚焦于焊接界面，該玻璃球不僅僅進(jìn)行聚焦而且也充當(dāng)機械夾緊夾具。當(dāng)該球在表面上滾動時，為接合面提供了持續(xù)壓力。這就確保了在激光加熱材料的同時有壓力夾緊。該玻璃球取代了機械夾具，同時擴大了激光焊接在連續(xù)三維焊接中的應(yīng)用范圍。

1.4 激光焊接的優(yōu)缺點

激光焊接的優(yōu)點：

焊接高強度
焊接部件上的熱應(yīng)力和其它應(yīng)力被降至最低
簡單的焊縫形狀
無振動加工
理想的焊縫、完美的外觀
干凈、清潔、無粉末和雜質(zhì)產(chǎn)生
高精度
非接觸式
可達(dá)到氣密、真空密封的效果
無工具磨損
無需耗材（黏合劑、緊固件）等、維護(hù)費用低
自動化激光焊接產(chǎn)量高

激光焊接的缺點：

設(shè)備投資高

1.5 激光焊接的應(yīng)用

塑料激光焊接技術(shù)的應(yīng)用較廣，典型應(yīng)用領(lǐng)域包括：

1）醫(yī)療器械

某些特殊用途的醫(yī)用塑料器械產(chǎn)品，其形狀和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)成要求必須用焊接的方法；

2）包裝工業(yè)

例如高級工業(yè)制成品的包裝，采用塑料薄膜焊接技術(shù)，可以得到加工高速、接縫可靠、外表美觀的塑料包裝。塑料質(zhì)外包裝材料的激光焊接連接。塑料材料為熱塑性塑料和人造橡膠。

3）汽車零部件

當(dāng)今汽車車身的大趨勢是力求減輕其重量，因此塑料、樹脂、特種玻璃等材料在汽車上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而焊接是其中必不可少的工藝，激光焊接又是所有焊接工藝中較傳統(tǒng)工藝優(yōu)勢最大、技術(shù)成熟、成本相對最低的一種。因此，激光焊接熱塑性塑料、合成樹脂、合成橡膠，以及一些特種玻璃等車用材料在汽車工業(yè)中應(yīng)用較多。

4）電子器件產(chǎn)品封裝

電子器件產(chǎn)品的封裝技術(shù)對于焊接環(huán)境和工藝的要求非常嚴(yán)格，例如低塵埃量、低熱量、無強震動，封裝精度高、接縫可靠耐用、外表美觀等。封裝用的材料很大一部分就是塑料，因此塑料激光焊接同樣有很大的應(yīng)用空間。

5）紡織品

激光焊接紡織品可以被稱作激光縫合。其接縫牢固可靠、加工速度快的優(yōu)點非常適合縫合紡織品。一些防水服裝裝備和要求氣密性的裝備，都可以利用激光焊接來加工。