分析塑料激光焊接及其應(yīng)用

1、本文摘自再生資源回收-變寶網(wǎng)( HYPERLINK )分析塑料激光焊接及其應(yīng)用隨著綠色環(huán)保理念在全球工業(yè)生產(chǎn)中的貫徹以及生產(chǎn)成本控制方面的考慮，塑料作 為一種性能優(yōu)異的可再生非金屬材料，被日益廣泛地應(yīng)用在各行業(yè)的零部件設(shè)計(jì)、制造 上，傳統(tǒng)的金屬部件越來越多地被擁有同樣工作性能的塑料部件替代，同時對塑料零件 之間的焊接連接技術(shù)和焊接質(zhì)量也提出了更高的要求，這些變化為激光焊接技術(shù)在塑料 材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了契機(jī)。一、傳統(tǒng)塑料焊接常用的方法1、熱氣焊接熱氣焊接法利用加熱的氣流(通常為空氣)將熱塑性塑料基材和熱塑性塑料焊條加熱和 熔化?；暮秃笚l熔融后形成焊縫。為確保有效焊接，必須在焊條上施加適當(dāng)?shù)臏?/p>

2、度和 壓力，還應(yīng)確保合適的焊接速度和焊槍位置。主要用途包括化學(xué)品存儲容器、通風(fēng)管道 和汽車保險(xiǎn)杠等注塑件維修等。氮?dú)庥糜谘鯕饷舾械牟牧希缇垡蚁?；氧氣則形成更高 的焊接強(qiáng)度。這一焊接方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于能焊接大型、復(fù)雜的部件，但是焊接速度慢，焊接質(zhì) 量完全依賴于焊工的技能。2、熱板焊接對于塑料接合來說，熱板焊接是最簡單的批量生產(chǎn)技術(shù)。高溫?zé)岚鍔A于待接縫的表 面之間，直到軟化為止。此時，將熱板抽出，兩表面在受控壓力之下貼合，保持一段特 定的時間后合在一起。然后，讓熔融表面冷卻，形成焊接。焊接工具或加熱組件配有內(nèi) 置電熱器，以避免塑料粘連于焊接工具上。多種日常用品都采用這一焊接工藝，例如：吸塵器外殼

3、，洗衣機(jī)和洗碗機(jī)部件、制 動液油箱、后燈、指示燈等汽車部件。熱板焊接法的弊端在于焊接速度較慢。3、植入焊接在植入焊接中，首先將金屬嵌件夾在待接縫的部件之間，然后通過感應(yīng)或電阻方式 加熱。采用電阻焊接時，要求沿接縫放置電線將電流傳導(dǎo)到植入件中；采用感應(yīng)焊接時 則不需要這種方式。植入焊接法已用于焊接大型部件等的復(fù)雜接縫，包括汽車保險(xiǎn)杠、 電動汽車和游艇船殼等。5、摩擦焊接熱塑性塑料摩擦焊接（也稱為“旋轉(zhuǎn)焊接”）與金屬焊接的原理相同。在這種焊接 工藝中，將一片基材固定，另一片基材以受控的角速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)部件壓合在一起時，摩 擦熱導(dǎo)致聚合物熔融，冷卻后即形成焊接。摩擦焊接能產(chǎn)生優(yōu)良的焊接質(zhì)量，焊接工藝

4、簡單，重復(fù)性強(qiáng)，僅適合于至少有一個部件是圓形且不需要角度對齊的應(yīng)用領(lǐng)域。6、振動焊接振動焊接也稱為線性摩擦焊接。兩件熱塑性部件在適當(dāng)?shù)膲毫Α㈩l率和振幅下相互 摩擦，直到產(chǎn)生足夠的熱量使聚合物熔融為止。振動停止后，部件彼此對齊，熔化的聚 合物固化后形成焊接。此焊接工藝主要優(yōu)點(diǎn)在于能高速焊接大型復(fù)雜線性部件。其它強(qiáng)項(xiàng)包括:能同時會 接多個部件，焊接工具簡單，幾乎能焊接所有熱塑性材料，主要用于汽車和家用電器行 業(yè)。7、超聲波焊接1變寶網(wǎng)ww*H DJtfAii r41超聲波焊接法通過機(jī)械高頻振動而形成接縫。待裝配的部件加壓夾持于振蕩焊頭和 固定焊頭之間，然后與接觸面呈直角，接受頻率為2040KHz的

5、超聲振動。交替式高頻 應(yīng)力在接縫界面處產(chǎn)生熱量，從而形成優(yōu)質(zhì)的焊接。用于這一工藝的工具十分昂貴，因此，適宜在生產(chǎn)量較大時采用。應(yīng)用領(lǐng)域包括在 多頭機(jī)上焊接醫(yī)療器材所用的閥門和篩檢程序、盒體、汽車部件、吸塵器外殼等。二、塑料激光焊接塑料激光焊接原理最常用的激光焊接形式被稱為激光透射焊接，首先將兩個待焊接塑料零部件加壓力 夾在一起，然后將一束短波紅外區(qū)的激光定向到待粘結(jié)的部位。圖1塑料激光焊接基本原理圖激光束通過上層透光材料，然后被下層材料吸收，激光能量被吸收后轉(zhuǎn)換為熱能， 由于兩層材料被壓在一起。熱能從吸收層傳導(dǎo)到透光層上，使得兩層材料熔化并結(jié)合。Te I洶圖2塑料激光焊接過程示意圖同時由于材料

6、本身的熱膨脹擴(kuò)張產(chǎn)生內(nèi)部壓力。內(nèi)部壓力與外部壓力共同作用確保 了兩部分的堅(jiān)固焊接。圖1、圖2直觀地說明了塑料激光焊接的原理與過程。三、塑料激光焊接的工藝1、塑料材料熱塑性塑料包含無定形塑料和半晶性塑料。能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料。 理論上，所有熱塑性塑料都能夠被激光焊接。塑料激光焊接技術(shù)對被焊接塑料的要求為： 在熱作用區(qū)內(nèi)的材料，要求對激光光波的吸收性好；不屬于熱作用區(qū)部分的材料，則要 求對光波的透過性好，尤其在對兩件薄塑料件進(jìn)行疊焊時更是如此。一般向熱作用區(qū)塑 料中添加吸收劑可以達(dá)到目的。2、激光的波長塑料焊接過程中常用的是二極管激光器或半導(dǎo)體激光器。光束處于近紅外區(qū)域，并且光束波

7、長在4001,100m，可以通過光纖傳輸，在這個范圍內(nèi)的激光束可以被大多&變字網(wǎng)m 再生資源網(wǎng) HYPERLINK / /數(shù)的塑料所吸收。二極管激光焊接系統(tǒng)緊湊，并且激光器還可以達(dá)到更高級別的功率。 激光的波長可以根據(jù)特殊要求來設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體激光器的波長一般是808980 nm。半導(dǎo) 體激光器投資成本小，體積小，效率高。3、吸收劑吸收劑的應(yīng)用是塑料激光焊接工藝中非常重要的工藝。塑料激光焊接的本質(zhì)是將熱 作用區(qū)的待焊接塑料融化，隨后冷卻自然實(shí)現(xiàn)塑料件的接合。讓塑料融化需要使塑料件 吸收足夠的激光能量。通常理想的吸收劑是碳黑，碳黑能夠?qū)⒓t外波長的激光能量基本全部吸收，從而大 大提高塑料的熱吸收效果，

8、使得熱作用區(qū)的材料融化得更快、效果更好。一些其他顏色 的染料，也能夠起到相同的吸收光波的效果。添加吸收劑的方法有3種：一是直接向待焊接材料中滲入吸收劑，這樣應(yīng)該將滲過吸收劑的塑料件放在下面， 而把沒有滲吸收劑的塑料件放在上面，讓激光光波通過；二是向塑料件待焊接的表面滲吸收劑，這樣只有被滲透了吸收劑的一部分塑料將成 為熱作用區(qū)而被融化；三是在兩塊待焊接塑料件的接觸處噴涂上或者印刷上吸收劑。4、其他參數(shù)與金屬焊接不同，塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越 大，塑料件上的熱作用區(qū)就越大、越深，將導(dǎo)致材料過熱、變形、甚至損壞。應(yīng)該根據(jù) 需要融化的深度來選擇激光功率。塑料激光焊接的速

9、度比較快，一般得到1mm厚焊縫的焊接速度可達(dá)20m/min；而采 用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜，最高速度可以達(dá)到750m/min。W變寶網(wǎng)四、塑料激光焊接的應(yīng)用激光焊接塑料具有低成本、無污染、高速度、加工方便、實(shí)現(xiàn)精密數(shù)控容易、原材料適 用范圍廣、接合性和工藝性好等綜合優(yōu)勢，隨著塑料焊接工藝研究和塑料激光焊接設(shè)備 的逐步商品化，塑料激光焊接的應(yīng)用必將越來越廣泛，技術(shù)越來越成熟。樹脂降解少，產(chǎn)生碎屑少，焊接過程非接觸，不會產(chǎn)生污染，激光焊接相比其它連 接方式所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力小，因此特別適合于鼠標(biāo)、移動電話、連接器件等加 工精密的電子元器件，以及需要以更清潔的方式來熔接的復(fù)雜部件，例

10、如含有線路板的 塑料制品。汽車、醫(yī)療、消費(fèi)電子、食品等行業(yè)都是激光焊接的理想應(yīng)用領(lǐng)域。1、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：激光焊接技術(shù)可用于制造液體儲槽、液體過濾器材、軟管連接頭、造口 術(shù)袋子、助聽器、移植體、分析用的微流體器件等。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。塑料材質(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、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(qiáng)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。4、汽車工業(yè)：激光焊接塑料技術(shù)可用于制造很多汽