塑料加工用激光焊接技术

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【摘 要】新型激光焊接技术在塑料焊接加工中发挥了重要的作用.本文主要分析了激光焊接技术的工作原理及其特点,探讨了塑料材料对激光焊接的适应性,并论述了激光焊接技术的运用和主要形式.

【关 键 词】塑料；加工；激光；焊接

激光焊接技术是通过该运用激光束产生的热量熔化塑料接触面,最终把热塑性片材、薄膜和模塑零部件粘结在一起.塑料的激光焊接技术是在利用激光束与有机高分子物质的作用以此达到对塑料的焊接和处理等加工的目的.激光加工技术是一种包括光、机、电和材料等多门学科在内的综合技术.激光加工无需接触加工面便能进行焊接,不仅能完成各类形状复杂塑料的高精度焊接,不会存在刀具磨损和更换刀头等工序,速度快、噪声小,推广价值很大.将激光技术与计算机控制技术相结合,能更好的实现激光加工全自动化,其优势和应用价值相当大.

1.激光焊接技术的工作原理及其特点

塑料的激光焊接会在很大程度上与焊接材料相关.一般的激光焊接主要是通过激光透射焊接,一方面要求这个激光辐射能穿透零件,另一方面要求零件具有强列的吸收性能.在采用这种焊接技术的时候,要注意避免2个焊接件相互间的裂缝.在进行激光焊接时,吸收性的零件升温并且局部熔化,通过热传导将能量传递到透光的零件,通过外部的压力将2个零件紧密结合在一起.所吸收的近红外线激光转化为热能,将两个部件的接触表面熔化,最终形成焊接区.这种焊接方法能够形成超过原材料强度的焊接缝.

当前,我国市场上广泛运用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接等,主要是用在用于连接敏感性塑料制品、几何形状复杂的塑料件以及洁净度要求高的塑料制品上.

使用激光焊接技术来熔接塑料部件,具有很多其他传统方法不可比拟的优点：焊接缝尺寸精密、不透气及不漏水；激光焊接的接缝牢固且洁净,可以将很难连接的改性橡胶及玻纤填充的热塑性塑料进行焊接；能获得高精度的焊接件.在焊接的时候,树脂降解少,基本不会产生碎屑和飞边,部件表面能够精密连接；焊接设备不需要和被黏结的塑料零部件相接触,与其他熔接方法比较,大幅减少制品的振动应力和热应力；最小化热损坏和热变形,可以将不同组成或不同颜色的树脂黏结在一起；可焊接尺寸极小或外形结构复杂的零件,对有些复杂零件甚至可以进行“穿透焊接”；无振动技术能产生气密性的或者真空密封结构；能够将多种不同塑料焊接起来,而其他焊接方法有较大限制；设备自动化程度高,能方便用于复杂塑料零部件加工.非常适合运用在外形（甚至是三维）复杂塑料品的焊接上；能够焊接其他方法不易达到的区域.

因为激光焊接具有上述众多优点,因此尤其适合运用在对于清洁焊接方式要求高的焊接加工中,如可以运用在含线路板的塑料制品和医疗设备中.

2.塑料材料对激光焊接的适应性

激光焊接塑料材料必须对激光有吸收,否则就不能完成塑料的激光焊接.绝大多数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能采用激光焊接,例如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等材料.对于吸收率低的热塑性塑料,首先要选择合适的激光种类；二是在其中添加炭黑等激光增敏剂,能有效提高塑料对近红外激光的吸收率.通过对各种塑料材料对激光反射率和透过率的研究,可以解决激光焊接塑料的材料等问题.

激光焊接方式并不是适用于所有的材料,在以下材料中不适宜适用：高性能聚合物,如PPS,聚（PEEK）和LCP等材料中,因为这些材料对于近红外光的透射率很低,不适合适用激光焊接方式；如果两种材料中都有炭黑时,因为二者都为黑色,就不能焊接在一起.同时,两种对近红外线激光都透射的材料（通常是透明的或者白色的）,因为会很少的吸收近红外光,不能使用激光焊接.而在很多工业塑料上,这些产品都要求透明.由于许多矿物填充的化合物能够吸收近红外线激光,所以通常不适合用激光焊接.高填充的玻纤增强物能够改变近红外线激光的透射率,降低焊接效率.不过原料供应商的配方中的玻纤含量通常不会超过这个限度.

3.激光焊接技术的运用

激光焊接技术起源于20世纪70年代,但是它的造价比较高,不能与更早的振动焊接技术、热板焊接技术相竞争.但是,在20世纪90年代中期,激光焊接技术所需要的设备费用大大降低,这种技术慢慢的真正走进工业应用当中,并被人们所认可.

塑料的激光焊接技术主要用于普通焊接技术难以适应的塑料制品（如高密度线路板）、形状复杂的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品（如医药设备、电子传感器等）等.激光便于计算机控制,采用光纤激光器输出激光束可使激光灵活地达到零件各个微小部位,能够焊接其他焊接方法不易达到的区域.传统焊接技术无法焊接的异型塑料也有机会加以良好焊接,如用激光可将能透过近红外激光的聚碳酸脂（PC）和30%玻纤增强的黑色聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）焊接在一起,而其他的焊接方法根本不可能将2种在结构、软化点和增强材料等方面如此不同的聚合物连接起来.

激光焊接技术被广泛运用在被黏接的非常精密的塑料零部件材料（如电子元件）或要求无菌环境（如医疗器械和食品包装）中.激光焊接技术速度快,特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工.另外,可以将激光焊接技术运用在那些很难使用其它焊接方法黏接的复杂的几何体中.目前国内使用的塑料焊接技术主要有热熔焊接、高频焊接、振动摩擦焊接及超声波焊接等.塑料的激光焊接技术在欧美发达国家已经得到了一定程度的应用.我国这方面的技术尚在起步阶段.

近年来,激光二极管广泛用于焊接及塑料的连接.激光焊接已用于制造汽车传感器、调速控制箱及薄壁医用管的精细焊接.激光焊接要求所焊接的2种塑料对同一波长的光有不同的反应,其中一种材料对激光必须具有穿透力,而另一种必须可被激光吸收,激光从上方接合处的穿透性元件传到下方可吸收元件,这样辐射能量就被转化成局域性的热能,此热能导致塑料的熔化.而透明塑料部位的熔化是通过与非透明材料的接触性热传导所致.在外部夹具的施压下,由局部加温而产生的焊接处热膨胀可形成牢固接缝.

4.激光焊接技术几种主要方法

根据激光器随塑料零件移动方式的不同,可把激光焊接技术（方法）分成四种类型：

4.1顺序型周线焊接

激光沿着塑料焊接层的轮廓线移动并使其熔化,将塑料层逐渐黏结在一起；或者将被夹层沿着固定的激光束移动达到焊接的目的.

4.2同步焊接

激光束经自适应光学系统或光纤,使光能均匀地分布在整个焊缝结构上.由于使用的装置很复杂,这种技术通常仅限于大批量焊接较大零件使用.

4.3准同步焊接

该技术综合了上述两种焊接技术.利用反射镜产生高速激光束（至少10m/s的速度）,并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.

4.4掩模焊接

激光束通过模板进行定位、熔化并黏结塑料,该模板只暴露出下面塑料层的一个很小、精确的焊接部位.使用这种技术可以实现小于10m的高精度焊接.

总之,激光技术发展到今天已经成为一门综合性科学,并可大大加快塑料产品研发的速度,使塑料生产企业获得更大的市场主动权.随着塑料工业的发展,激光技术的大规模应用无疑会给塑料工业带来革命性的影响,对于激光产品提供商来说,更是一种难得的机遇,也必然会推动激光技术的进一步发展.

【参考文献】

[1]庞振华,宋杰,杨绍奎,马跃新.激光塑料焊接技术及其典型应用[J].机电工程技术.2010（4）：17-19.

[2]王霄,丁国民,刘会霞.激光塑料焊接技术的研究[J].激光.2007（4）：68-70.

[3]刘会霞,张惠中,季进清.激光焊接塑料的方法及发展[J].激光技术.2008（2）：18-19.