浅谈半导体激光器在塑料焊接中的应用

2017-11-27 17:32

各式各样的塑料制品在我们的生产和生活中随处可见，塑料材质的加工方法也是种类繁多，仅针对热塑性塑料焊的方法就超过15种，比如：加热工具焊接、超声波焊接、振动摩擦焊接……但针对三维几何形状、中空体、大型零部件等产品，以上加工方式或多或少存在一些工艺问题，而激光焊接很好的解决了这些问题。

目前，激光焊接塑料的方法可分为非接触激光焊接和激光透射焊接，这里我们主要介绍激光透射焊接。激光透射焊接指的是激光束穿过透过激光塑料到达吸收激光塑料的表面，借助激光束产生的热量作用于接触面，使塑料接触面熔化，进而将热塑性部件粘结在一起的技术。这种焊接方式既能应用于搭接接头的焊接，又能应用于对接接头的焊接，也已逐渐应用于汽车离合器、刹车零部件、发动机盖提、汽车车灯等的制造中。

激光焊接塑料的原理是：两种塑料在低压力下被夹紧在一起，通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统，将激光器产生的光束聚焦于待焊接区域，形成热作用区，其中一种塑料对于近红外激光是透射的，另一种塑料吸收激光，吸收激光能量的塑料将光能转化为热能，在塑料的接触面熔化，同时热也传导到透射近红外光线的塑料表面，形成熔化区。在夹紧力的作用下，熔化区域产生分子间的混合，当熔融的尺寸达到规定要求时，撤掉激光热源，在一定压力的继续作用下，冷却后形成焊缝，实现透射激光塑料焊接。为了提高上层塑料的吸收性能，常常添加吸收剂；另外，为了提高透过塑料的透过性能，也常添加透过性高的染料。

透过激光塑料焊接的主要优势是：

1)利用高能量密度的激光热源，实现塑料接合面温度的最佳化，以保证塑料激光焊接过程的高速度和高精度化。

2)通过激光束形状和尺寸的变化，可以将热影响区和接合区域控制到很小的程度。焊接区域的外表面看不到焊接形成的痕迹，也看不到由焊接所形成的损伤。

3)焊接前将零部件组装好，焊接过程非常容易。

4)对零部件的形状和尺寸没有限制，使零部件的设计自由度有一个飞跃性的提高。

5)焊接过程中没有震动，对于电子元件、医疗器械等震动敏感的零部件来说是非常有利的。

6)非接触加工(连接的零部件和热源没有物理性的接触)，容易维持医疗及食品器械等的卫生安全。

7)激光光束传送自由度高，容易实现自动化。

8)不会产生有毒的烟雾等，焊接现场安全可靠。

透射激光焊接热源

激光透射焊接选用红外激光做为焊接热源，波长以980nm为主，功率级别根据焊接尺寸和材料不同，一般选用30W-200W光纤输出半导体激光器。凯普林光电60W-200W半导体激光器，集成高精度控制系统，以无接触焊接、极小的热影响区以及焊点温度可控等特点，应用于塑料焊接。