淺談激光塑料焊接工藝方法及優(yōu)點

　　說起焊接，大家第一時間聯(lián)想到的可能是金屬零部件的焊連。那么日常生活中看到的各種塑料產(chǎn)品是怎么焊接的呢?奧萊光電將從塑料焊接工藝類別、塑料激光焊接工藝、塑料激光焊接的原理等方面來科普下塑料焊接。

　　一、所有的塑料材料都可以焊接嗎?

　　熱固性塑料 熱塑性塑料

　　是不是任意一種塑料材料都可以焊接呢?塑料根據(jù)其物理化學性能分類，分為熱固性塑料和熱塑性塑料。

　　其中熱固性塑料為化學分子結(jié)構(gòu)，一般是一次成型。如上左圖中開關(guān)面板和幼兒用的碗都是熱固性塑料加工而成的，它們具有耐高溫的特性，質(zhì)地堅硬、難以熔化，加熱后也不再軟化，過度加熱直接分解。

　　另一種熱塑性塑料特點明顯不同，如上右圖是熱塑性的塑料零件，它們在受熱時發(fā)生軟化或熔化，可流動成型，且可以反復多次加熱。由此可知，并不是所有塑料材料都能實現(xiàn)焊接。

　　二、塑料焊接工藝類別

塑料焊接工藝類別

　　目前常用的塑料焊接工藝方法主要有四類：

　　(1)熱板焊接——通過熱板加熱后進行的焊接，如示意圖將產(chǎn)品熔化后再取出熱板，產(chǎn)品加壓實現(xiàn)焊接;

　　(2)超聲波焊接——利用高頻振動波傳遞到需要焊接的物體表面，在加壓的情況下，摩擦生熱進行產(chǎn)品的焊接;

　　(3)振動摩擦焊接——兩個塑料部件在一定的壓力、振幅和頻率下，相互接觸摩擦。因摩擦產(chǎn)生熱量，使得材料在焊縫界面處熔化。在壓力下，熔融塑料從焊縫區(qū)域流出形成溢料。在振動停止后，熔融塑料層固化，并產(chǎn)生一個堅固的接頭;

　　(4)激光焊接——激光焊接技術(shù)是借助激光束產(chǎn)生的熱量使塑料接觸面熔化，進而將熱塑性片材、薄膜或模塑零部件粘結(jié)在一起的技術(shù)。

　　這四種焊接方式的優(yōu)缺點如下，其中塑料激光焊接的優(yōu)點尤為明顯，它可以加工復雜零件，且具有焊接周期短、可在線監(jiān)控、設備維護成本低的特點。

焊接方式優(yōu)缺點對比

　　塑料激光激光焊接具有這么多優(yōu)勢，它的原理是怎樣的呢?

　　三、塑料激光焊接的原理

　　激光塑料焊接方法要求上下層待焊材料對一定波長的激光分別表現(xiàn)為較好的透過性和較好的吸收性。基于此，塑料激光焊接也稱為激光透射焊接，激光焊接原理如圖所示。

激光焊接原理

　　焊接時，激光透過上層材料并在上層材料與下層材料的結(jié)合面處被下層材料吸收并產(chǎn)生熱量，熱量在上下層材料之間傳遞，使結(jié)合面融化，熔融狀態(tài)下的塑料大分子在焊接夾具的壓力和熱膨脹的作用下相互擴散和纏結(jié)，產(chǎn)生范德華力實現(xiàn)焊合。

不同材料對波長的透過率 常用塑料的可焊性

　　左圖是幾種透明塑料材料對波長的透過率，可以看出在塑料材料對1200nm以下波長的透過率都很高，對于1200nm以上波長吸收率有所增加。一般說來，當上層材料激光透過率高于50%，下層材料激光透過率低于20%時，會獲得較好的激光焊接效果。右邊這個圖表為常用塑料材料的可焊性。

　　由于塑料焊接過程需要施加壓力，那么塑料零件焊接對其結(jié)構(gòu)就有相應的要求。如下圖所示，塑料零件焊接一般為上下搭接結(jié)構(gòu)，對于管類零件，可實現(xiàn)過盈配合的管類焊接。

塑料零件焊接結(jié)構(gòu)

　　四、塑料焊接方法的類型

　　塑料焊接方法一般分為四類：

　　(1)輪廓焊接：激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料逐漸粘結(jié)在一起。主要用于焊接規(guī)則外形且有焊接速度要求的零件;

　　(2)同步焊接：使用帶有多個激光口的激光發(fā)射器，通過光學器件調(diào)整激光束的方向和形狀;激光束通過程序引導，沿著焊接層的輪廓線焊接，使整個輪廓線同時熔化并粘結(jié)在一起。主要用于焊接接觸面積較大，且焊接一致性要求較高的零件;

　　(3)掃描焊接：又稱準同步焊接，它綜合了上述兩種焊接技術(shù)。利用光學器件產(chǎn)生高速激光束，沿著待焊接的部位移動，使得整個焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。此方法對激光發(fā)射設備要求較高;

　　(4)掩膜焊接：通過預先制作的模板遮擋無效區(qū)域的激光束，只暴露出精確的焊接部位，僅對焊接區(qū)域進行熔化，實現(xiàn)焊接過程。這種焊接技術(shù)精度高，是目前應用較廣的激光焊接技術(shù)，設備通用性強，模板制作簡單、成本低，可以實現(xiàn)低至10μm的高精度焊接。