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浅谈热塑材料的激光焊接手艺和研究进展

浏览次数:    发布时间: 2019-05-05

  慧聪塑料网讯:自从激光问世,人们就起头研究若何把激光做为东西来对材料进行加工。早正在上个世纪70年代,汽车工业就起头测验考试用激光来进行材料加工。正在工业上第一个用激光进行塑料焊接现实使用的是1998年Marquardt公司用半导体激光器批量制制电子汽车钥匙,黑色聚合物(PA)材料的钥匙盖子被焊接到同样是黑色但对激光波长通明的PA钥匙壳上。

  取材料颜色搭配几乎同时进行研究的是焊接材料的搭配。目前正在工业上采用激光焊接的材料大部门是热塑材料(Thermoplastic,TP),形成TP–TP焊接。因为采用的激光透射焊接接触性的,所以这些热塑材料也能够取其它材料焊接到一路,比好像样具有热塑性的合成橡胶(ThermoplasticElastomer,TPE)。具有热塑性的合成橡胶由于同时具有热塑材料的热塑性和合成橡胶的弹性和伸缩性,而它的焊接处置温度和冷却时间等参数又取热塑材料很是类似,所以用激光透射焊接的方式可容易实现TP–TPE焊接。因为TPE的手感和摩擦性好,所以TP–TPE焊接正在汽车工业上的第一个使用就是制制汽车标的目的盘。此外,TPE和TPE也可通过激光透射焊接的方式被焊接到一路,构成TPE–TPE焊接。

  激光对热塑材料的焊接次要是采用激光透射焊接的方式。此方式对被焊接的两种材料性质有必然的要求,也就是的热塑层对采用的激光波长是通明的,而下面的热塑层能接收激光能量。激光束透过通明的上层材料达到基层材料,基层材料的概况因接收激光能量而熔化,此时正在必然的压力下两种材料通过连接而被焊接正在一路。因为激光机械接触的聚焦鄙人层材料的概况,激光惹起的热效应是局域的,所以此方式可避免对被焊接材料的机械和热毁伤。目前热塑材料总加工的20%摆布是基于激光焊接的。

  准同步焊接是一种把轮廓焊接和同步焊接连系起来的流程。激光束通过振镜以极快的最高达10m/s的速度正在焊缝上挪动而且多次反复扫描,使得整个焊接区域同时熔化,结果取同步焊接类似。通过同步熔化过程使得准同步焊接和同步焊接方式一样适合于具有大裂缝的两个相邻部件的搭桥焊接。

  轮廓焊接是最简单,目前利用最广的焊接流程。正在焊接时激光束通过光学系统和振镜正在被焊接的物体上挪动或者激光束静止而被焊接物体挪动。激光取被焊接物体之间的彼此感化时间取决于光束核心尺寸和挪动速度,既而影响焊接时间和结果。轮廓焊接是一种很是矫捷的焊接流程,可实现复杂的三维焊接,正在包拆行业里有普遍的使用。

  目前材料搭配研究的一个最新标的目的是实现塑料取金属和陶瓷材料的激光焊接。好比说塑料通过金属被激光间接地加热,接触面熔化,然后包抄金属,和金属构成一个很是安稳的连接。

  激光塑料焊接此中的一个研究课题就是两个被焊接部件的颜色搭配,这是由所采用的激光透射焊接的道理所决定的。下图显示了因材料颜色的分歧而形成的焊接难易程度。起首成功实现的是通明色–黑色材料的激光焊接。除此之外黑色–黑色材料的焊接也已普遍利用。

  正在同步焊接中激光束同时映照焊接区域,从而较着削减了焊接处置时间,并答应搭桥焊接具有大裂缝的两个相邻部件。取轮廓焊接比拟因为更长的激光感化时间使通过同步焊接方式焊接的部位愈加牢靠。

  因为构成塑料的高的本怔接收带凡是位于紫外和远红外区域,所以最后只要CO2激光器被用于激光焊接的研究。可是通过搀杂和添加色素可极大地改变塑料的光学接收特征,从而使塑料正在可见光和近红外区域的接收大大加强,由本来激光通明的材料变成激光接收材料,如许保守的Nd:YAG固体激光器(1064nm和倍频532nm)和大功率GaAs半导体激光器(800nm-1000nm)以及新型光纤激光器都能够被用做激光焊接的光源。色素搀杂同时也改变了本来塑料焊接的特征和参数,使之更适合于某种特殊使用。

  按照布局塑料可分为三种:热塑材料,热固材料和合成橡胶。目前对热塑材料激光焊接的研究和使用比力多,下面我们就从三个方面简单讲述针对热塑材料的激光焊接手艺和研究进展。

  掩模焊接是一种借帮掩模,基于轮廓焊接或着同步焊接方式的流程,其道理取芯片制制上的光刻手艺类似。这种流程次要利用正在复杂的几何焊接图案上,最小接缝宽度大于100μm。掩模往往是由薄片或金属化的玻璃制成。因为制做掩模比力繁琐,所做的掩模只针对一个焊接几何图案,所以掩模焊接往往缺乏矫捷性,但适合多量量的焊接加工。

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