塑料的激光焊接
摘要：塑料激光焊接的特点与金属材料的激光焊接有较大的不同。本文论述了塑料激光焊接的基本原理、所用的激光设备，焊接工艺以及塑料激光焊接在工业生产中的应用。塑料激光焊接的工艺涉及焊接吸收剂、激光波长、被焊材料的特性和要求、加工系统控制软件等等。
关键词：塑料激光焊接工艺应用
一、前言
自上世纪60年代问世以来，激光以其相干性好、能量密度高、准直性好等优异特性，在现代工业的各个方面得到了广泛的应用。在材料加工领域，激光用来进行金属材料的切割、焊接、表面相变硬化、合金化、熔覆、打孔、打标、辅助切削、直接制造、快速成形、清洗及微细加工等等。利用激光来焊接金属材料有许多优越性：方便快捷、焊缝小、焊接影响区域小，对原材料性质和形态的改变均很小；易于实现数控控制，可以焊接形状特殊的工件；激光能量集中、作用时间短，可以焊接薄板、金属丝等传统焊接工艺难以加工的材料以及精密、微小、排列密集、受热敏感的材料，等等。激光焊接在金属材料加工中的应用越来越普遍，正逐步从特种加工转变为常规加工工艺。
随着石油的大规模开采使用和石油化工工业的高速发展，塑料作为一种工程材
料，成本低廉、获取方便（石油炼化工业的产品）、加工成型技术简单快捷、成品重量轻、物理特性优良、能提供各种工程性能，其应用非常广泛。塑料作为钢铁、铝、镁等金属和其他一些非金属材料在工程上的替代品，在工业制造和日常生活中的使用都越来越普遍。
当前，激光所能够焊接的材料，除了传统的金属材料之外，其范围正在逐步扩
大，在例如陶瓷等非金属材料上的使用也越来越多；而塑料作为有机材料的代表之一，也被用来作为激光焊接的对象，能够用激光实现焊接的塑料必须是热固性的。20世纪70年代，激光开始被应用到塑料焊接上；但直到20世纪90年代,才取得了大规模的工业应用［1］。见于文献报道的最早激光塑料焊接应用是在1972年，使用100瓦的CO激光光源，以每秒10毫米的速度焊接聚乙烯薄板（最大厚度为1.5毫米）。
直到目前，由于激光器技术的限制以及塑料材料本身固有的强度低、耐热性差、易变形等特点，在塑料工业中，激光作为焊接工具还不是非常普遍；塑料激光焊接的成品，也仅仅限于包装、医疗器械、微电子产品等方面。但是，随着塑料材料和各种激光
器及激光加工机的快速发展，塑料激光焊接技术的研究和应用也必将越来越广泛。
二、塑料激光焊接的原理
塑料激光焊接的基本原理与金属材料激光焊接的基本原理相近。激光作为一种焊接用热源，具有准直性优良、光束能量密度高、作用区域小等优点。在焊接过程中，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；在热作用区中的塑料被融化；在随后的凝固过程中，已融化的材料形成接头，待焊接的部件即被连接起来。
由于被焊接材料具有本质上的不同，塑料激光焊接的特点和具体工艺与传统金属焊接也有比较大的差别。
三、塑料激光焊接的工艺
1激光的波长
在金属材料的激光焊接工艺中，一般采用YAG或者CO激光作为光源，塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展，半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。
三者之中，由于易于获得较大功率，前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍；而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高，但对可控性和易操作性要求较高，因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。
CO2 Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列：
(1). CO激光：波长较长，为10.6微米，属远红外波段，一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW转化效率约10%，最小聚焦直径约0.2?0.7mm焊接塑料时热作用区深度较深，适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO激光不能用光纤传输，只能$&*透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光
路，从而影响激光头的操作性。
(2). Nd:YAG激光：波长较短，为1.06微米，属近红外区波长，不易被塑料吸收。最大输出功率6kW转化效率为3%，最小聚焦直径0.1?0.5mm Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小，可以方便地通过光纤传输来构建光路，可将激光头装到机器人手臂上，实现焊接过程的数控和精密自动化；另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料，到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收，从而实现焊接。
（3）.半导体激光：波长0.8?1.0微米，最大输出功率6kW转化效率30%,最小聚焦直径0.5mm由于其输出输出功率较小，适用于焊接激光功率要求较低的场合
，
如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高，易于实现激光器的小型化和便携化［9］。
2 ?塑料材料
能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上，所有热塑性塑料都能够被激光焊接。
塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为：在热作用区内的材料，要求对激光光波的吸收性好；不属于热作用区部分的材料，则要求对光波的透过性好，尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括：
PMM——聚甲基丙烯酸甲脂（有机玻璃），PC塑料，ABS塑料丄DPE—低密度聚乙烯塑料，HDP—高密度聚乙烯塑料，PVC—聚氯乙稀塑料，Nylon 6 —尼龙6，Nylon 66 —尼龙66，PAPS树脂，等等。
上述各种塑料制成的塑料件，如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点，因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。
3 ?吸收剂
吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述，塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化，随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好，但一般在不添加吸收剂的情况下，塑料对光波的吸收性不是很好，吸收效率很低，融化效率不理想。
通常理想的吸收剂是碳黑，碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收，从而大大提高塑料的热吸收效果，使得热作用区的材料融化更快、效果更好。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果。
英国焊接学会（TWI, The Welding Institute ）研制出了一种对可见光透明的
染料。用这种染料做吸收剂，可以得到透明的塑料焊缝。碳黑在吸收红外波段的激光光波的同时，也吸收可见光波，这也是碳黑看起来为黑色的原因，用碳黑作吸收剂会使激光焊接焊缝颜色变深，与母材颜色不同。TWI研制出的对可见光透明的染
料只吸收红外波段的电磁波，不吸收可见光，因此看起来焊缝仍然是透明的。
很多情况下，塑料焊接要求成品美观、精致，因此相比碳黑，对可见光透明的染料吸收剂非常受青睐。英国TWI的ClearWeld技术搭焊的两片透明的PMMA聚甲基丙烯酸甲酯，也即有机玻璃）薄片；传统碳黑吸收剂与采用TWI的ClearWeld技术的透明吸收剂所得到的不同效果。
添加吸收剂的方法有3种：一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂，这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面，而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面，让激光光波通过；二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂，这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化；三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。
4. 其他参数
与金属焊接不同，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，塑料件上的热作用区就越大、越深，将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。
塑料激光焊接的速度比较快，一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min；而采用高功率的CO激光器焊接塑料薄膜，最高速度可以达到750m/min。
5. 软件
激光焊接系统中，计算机软件的作用是对激光头的运动轨迹和速度、激光功率等一般性的工艺参数进行数字化控制，以达到提高加工速度和精度、改善加工质量的目的，这些与传统的激光加工中的软件控制并没有什么不同，但由于塑料激光焊接中吸收剂的特殊作用，塑料激光焊接控制系统和加工系统又有其自身的特色。
TWI研究所结合其ClearWeld塑料焊接工艺，设计开发了计算预测吸收剂用量及用法的软件。根据不同材料的厚度、颜色、吸收比率等，结合激光器的功率、光波透过率等参数，在焊接前用软件计算吸收剂的用量和添加方法，再根据预测的用量添加吸收
提供给软件的输入数据包括：塑料材料特性：种类、厚度、颜色；焊接数据：
焊接区域形状复杂程度、宽度、焊接速度；激光器特性：功率、红外光透过率等。
经过计算和筛选，软件给出的输出结果包括：吸收剂种类、用量及要求的添加方式的列表，焊接过程中激光光波在上层材料中的能量损失。
软件的计算结果与实际焊接测量的结果很接近，图6为焊接后生成的热影响区（HAZ 大小的计算值和实际测量值的对比，所用塑料材料为PMM A
可见，软件计算结果与实测结果非常接近。由于塑料激光焊接的规律性较强，有较好的可预测性，因此，采用软件计算筛选方法预测结果是非常有效和可行的。
四、塑料激光焊接的应用
塑料激光焊接的综合优点较多：速度快；焊接精度高；焊机自动化、精密数控实现方便；加工现场环境条件优于传统焊接工艺；成本相对较低。因此，塑料激光焊接技术在以下领域得到了比较广泛的应用：
1医疗器械：某些特殊用途的医用塑料器械产品，其形状和产品结构构成要求必
须用焊接的方法；
2?包装工业：例如高级工业制成品的包装，采用塑料薄膜焊接技术，可以得到加工高速、接缝可靠、外表美观的塑料包装。塑料质外包装材料的激光焊接连接。塑料材料为热塑性塑料和人造橡胶。
3?汽车零部件：当今汽车车身的大趋势是力求减轻其重量，因此塑料、树脂、特种玻璃等材料在汽车上得到了越来越广泛的应用。而焊接是其中必不可少的工艺，激光焊接又是所有焊接工艺中较传统工艺优势最大、技术成熟、成本相对最低的一种。因此，激光焊接热塑性塑料、合成树脂、合成橡胶，以及一些特种玻璃等车用材料在汽车工业中应用较多。
4?电子器件产品封装：电子器件产品的封装技术对于焊接环境和工艺的要求非常严格，例如低尘埃量、低热量、无强震动，封装精度高、接缝可靠耐用、外表美观等。封装用的材料很大一部分就是塑料，因此塑料激光焊接同样有很大的应用空间。
5.纺织品：激光焊接纺织品可以被称作激光缝合。其接缝牢固可靠、加工速度快的优点非常适合缝合纺织品。一些防水服装装备和要求气密性的装备，都可以利用激光焊接来
五、展望
金属材料的激光焊接已经在诸如汽车工业等领域得到了较广泛的应用，激光焊
接新材料（如塑料、玻璃、陶瓷、各种有机物等）的研究正方兴未艾，尤其是不同 材料之间的复合焊接，更成为研究和应用的热点。激光焊接塑料具有低成本、高速 度、加工方便、实现精密数控容易、原材料适用范围广、接合性和工艺性好等综合 优势，随着塑料焊接工艺研究和塑料激光焊接设备的逐步商品化，塑料激光焊接的 应用必将越来越广泛，技术越来越成熟。其产品也将很快走进我们日常生活的方方 面面。
1?激光焊接的流程和方法
激光对热塑材料的焊接主要是采用激光透射焊接的方法。此方法对被焊接的 两种材料性质有一定的要求，也就是上面的热塑层对采用的激光波长是透明的， 而下面的热塑层能吸收激光能量。 激光束透过透明的上层材料到达下层材料， 下 层材料的表面因吸收激光能量而熔化，此时在一定的压力下两种材料通过分子联 接而被焊接在一起。由于激光是非机械接触的聚焦在下层材料的表面，激光引起 的热效应是局域的，所以此方法可避免对被焊接材料的机械和热损伤。目前热塑 材料总加工的20流右是基于激光焊接的。
根据不同的焊接任务和要求激光焊接的流程大致有以下几种。
轮廓焊接是最简单，目前使用最广的焊接流程。在焊接时激光束通过光学系 统和振镜在被焊接的物体上移动或者激光束静止而被焊接物体移动。 激光与被焊 接物体之间的相互作用时间取决于光束焦点尺寸和移动速度， 既而影响焊接时间 和效果。轮廓焊接是一种非常灵活的焊接流程， 可实现复杂的三维焊接，在包装 行业里有广泛的应用。
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激光塑料焊接技术 自从激光问世，人们就开始研究如何把激光作为工具来对材料进行加工。早在上个世纪70年代，汽车工业就开始尝试用激光来进行材料加工。在工业上第一个用激光进行塑料焊接实际应用的是1998年Marquardt公司用半导体激光器批量制造电子汽车钥匙，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透明的PA钥匙壳上。根据分子结构塑料可分为三种：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应用比较多， 自从激光问世，人们就开始研究如何把激光作为工具来对材料进行加工。早在上个世纪70年代，汽车工业就开始尝试用激光来进行材料加工。在工业上第一个用激光进行塑料焊接实际应用的是1998年Marquardt公司用半导体激光器批量制造电子汽车钥匙，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透明的PA钥匙壳上。 根据分子结构塑料可分为三种：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应用比较多，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技术和研究进展。 一. 激光焊接的流程和方法 激光对热塑材料的焊接主要是采用激光透射焊接的方法。此方法对被焊接的两种材料性质有一定的要求，也就是上面的热塑层对采用的激光波长是透明的，而下面的热塑层能吸收激光能量。激光束透过透明的上层材料到达下层材料，下层材料的表面因吸收激光能量而熔化，此时在一定的压力下两种材料通过分子联接而被焊接在一起。由于激光是非机械接触的聚焦在下层材料的表面，激光引起的热效应是局域的，所以此方法可避免对被焊接材料的机械和热损伤。目前热塑材料总加工的20%左右是基于激光焊接的。 根据不同的焊接任务和要求激光焊接的流程大致有以下几种。 轮廓焊接掩模焊接准同步焊接同步焊接 轮廓焊接是最简单，目前使用最广的焊接流程。在焊接时激光束通过光学系统和振镜在被焊接的物体上移动或者激光束静止而被焊接物体移动。激光与被焊接物体之间的相互作用时间取决于光束焦点尺寸和移动速度，既而影响焊接时间和效果。轮廓焊接是一种非常灵活的焊接流程，可实现复杂的三维焊接，在包装行业里有广泛的应用。 掩模焊接是一种借助掩模，基于轮廓焊接或着同步焊接方法
塑料的激光焊接 摘要:塑料激光焊接的特点与金属材料的激光焊接有较大的不同。本文论述了塑料激光焊接的基本原理、所用的激光设备，焊接工艺以及塑料激光焊接在工业生产中的应用。塑料激光焊接的工艺涉及焊接吸收剂、激光波长、被焊材料的特性和要求、加工系统控制软件等等。 关键词：塑料激光焊接工艺应用 一、前言 自上世纪60年代问世以来，激光以其相干性好、能量密度高、准直性好等优异特性，在现代工业的各个方面得到了广泛的应用。在材料加工领域，激光用来进行金属材料的切割、焊接、表面相变硬化、合金化、熔覆、打孔、打标、辅助切削、直接制造、快速成形、清洗及微细加工等等。利用激光来焊接金属材料有许多优越性：方便快捷、焊缝小、焊接影响区域小，对原材料性质和形态的改变均很小；易于实现数控控制，可以焊接形状特殊的工件；激光能量集中、作用时间短，可以焊接薄板、金属丝等传统焊接工艺难以加工的材料以及精密、微小、排列密集、受热敏感的材料，等等。激光焊接在金属材料加工中的应用越来越普遍，正逐步从特种加工转变为常规加工工艺。 随着石油的大规模开采使用和石油化工工业的高速发展，塑料作为一种工程材料，成本低廉、获取方便（石油炼化工业的产品）、加工成型技术简单快捷、成品重量轻、物理特性优良、能提供各种工程性能，其应用非常广泛。塑料作为钢铁、铝、镁等金属和其他一些非金属材料在工程上的替代品，在工业制造和日常生活中的使用都越来越普遍。 当前，激光所能够焊接的材料，除了传统的金属材料之外，其范围正在逐步扩大，在例如陶瓷等非金属材料上的使用也越来越多；而塑料作为有机材料的代表之一，也被用来作为激光焊接的对象，能够用激光实现焊接的塑料必须是热固性的。20世纪70年代，激光开始被应用到塑料焊接上;但直到20世纪90年代,才取得了大规模的工业应用[1]。见于文献报道的最早激光塑料焊接应用是在1972年，使用100瓦的CO2激光光源，以每秒10毫米的速度焊接聚乙烯薄板（最大厚度为1.5毫米）。 直到目前，由于激光器技术的限制以及塑料材料本身固有的强度低、耐热性差、易变形等特点，在塑料工业中，激光作为焊接工具还不是非常普遍；塑料激光焊接
透明塑料的激光焊接 在许多工业应用中，热塑性元件的激光焊接已经成为一项标准的加工方式。当使用二极管激光器、Nd:YAG激光器或光纤激光器时，标准的操作是在重合处进行投射式激光焊接。聚焦激光辐射穿透上层透明的塑料，被下层材料吸收，吸收的辐射能在表面转化成热能，由于热能的传导，就在上层形成接点。 原色或者有色的塑料在近红外波段的吸收较低。炭黑是一种树脂添加剂，它可以在很广的波段（从可见到红外）有效提高塑料对激光的吸收率。然而，如果使用了炭黑，塑料就只能做成深色，无法做成透明的塑料元件。 由英国剑桥焊接研究所（TWI）开发的Clearweld工艺使得透明或者有色塑料能够有效地吸收近红外光。它采用了特殊的近红外吸收材料作为元件表面的涂层，或者作为添加剂掺入下层的树脂中。这些材料在可见光范围内的吸收较小，在近红外区（800~1100 nm）的吸收较大。目前，在最大的吸收波长附近，具有各种不同的窄吸收带宽的吸收材料，它们可以被用来调整塑料的光学特性，以便适应各种常见的近红外激光器。除了取决于所使用的激光波长，最佳的吸收材料还取决于具体应用上的要求，比如加工参数、材料特性和目标元件所需的颜色。 Clearweld涂层工艺 带有吸收范围在940~1100 nm吸收剂的涂层为低粘性、基于溶剂的液体物质，被应用于各种配料系统中。典型的溶剂是乙醇和丙酮。涂层的用量以纳升/平方毫米（nL/mm2）为单位。溶剂可作为载体，挥发得很快，从而在塑料表面形成一层吸收材料薄膜。通常，干燥时间在1至7秒。也可以使用辅助干燥的方法，例如使用红外线灯对零件的预加热或者后加热，令溶剂的挥发更为迅速。涂层过程可以与焊接过程分开进行。 当涂层应用到材料表面时，一个均匀的吸收剂薄层就沉积在材料的表面。在激光辐射以前，干燥后的涂层在可见波段有些许颜色。进行焊接时，激光辐射被涂层吸收，同时被转化成热能。由于热传导，临近于涂层的表面材料被加热而熔化，固化后就形成了焊点。在加热的过程中，吸收剂分解，涂层就完全失去了可见波段的颜色（见图1）。 添加剂
激光焊接原理与主要工艺参数 1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光
本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.doczj.com/doc/9717641272.html,）分析塑料激光焊接及其应用 随着绿色环保理念在全球工业生产中的贯彻以及生产成本控制方面的考虑，塑料作为一种性能优异的可再生非金属材料，被日益广泛地应用在各行业的零部件设计、制造上，传统的金属部件越来越多地被拥有同样工作性能的塑料部件替代，同时对塑料零件之间的焊接连接技术和焊接质量也提出了更高的要求，这些变化为激光焊接技术在塑料材料领域的应用提供了契机。 一、传统塑料焊接常用的方法 1、热气焊接 热气焊接法利用加热的气流（通常为空气）将热塑性塑料基材和热塑性塑料焊条加热和熔化。基材和焊条熔融后形成焊缝。为确保有效焊接，必须在焊条上施加适当的温度和压力，还应确保合适的焊接速度和焊枪位置。主要用途包括化学品存储容器、通风管道和汽车保险杠等注塑件维修等。氮气用于氧气敏感的材料，如聚乙烯；氧气则形成更高的焊接强度。 这一焊接方法的主要优点在于能焊接大型、复杂的部件，但是焊接速度慢，焊接质量完全依赖于焊工的技能。 2、热板焊接 对于塑料接合来说，热板焊接是最简单的批量生产技术。高温热板夹于待接缝的表面之间，直到软化为止。此时，将热板抽出，两表面在受控压力之下贴合，保持一段特定的时间后合在一起。然后，让熔融表面冷却，形成焊接。焊接工具或加热组件配有内置电热器，以避免塑料粘连于焊接工具上。
多种日常用品都采用这一焊接工艺，例如：吸尘器外壳，洗衣机和洗碗机部件、制动液油箱、后灯、指示灯等汽车部件。热板焊接法的弊端在于焊接速度较慢。 3、植入焊接 在植入焊接中，首先将金属嵌件夹在待接缝的部件之间，然后通过感应或电阻方式加热。采用电阻焊接时，要求沿接缝放置电线将电流传导到植入件中；采用感应焊接时则不需要这种方式。植入焊接法已用于焊接大型部件等的复杂接缝，包括汽车保险杠、电动汽车和游艇船壳等。 5、摩擦焊接 热塑性塑料摩擦焊接（也称为“旋转焊接”）与金属焊接的原理相同。在这种焊接工艺中，将一片基材固定，另一片基材以受控的角速度旋转。当部件压合在一起时，摩擦热导致聚合物熔融，冷却后即形成焊接。摩擦焊接能产生优良的焊接质量，焊接工艺简单，重复性强，仅适合于至少有一个部件是圆形且不需要角度对齐的应用领域。 6、振动焊接 振动焊接也称为线性摩擦焊接。两件热塑性部件在适当的压力、频率和振幅下相互摩擦，直到产生足够的热量使聚合物熔融为止。振动停止后，部件彼此对齐，熔化的聚合物固化后形成焊接。 此焊接工艺主要优点在于能高速焊接大型复杂线性部件。其它强项包括：能同时焊接多个部件，焊接工具简单，几乎能焊接所有热塑性材料，主要用于汽车和家用电器行业。 7、超声波焊接
塑料激光焊接工艺 1．激光的波长 在金属材料的激光焊接工艺中，一般采用YAG或者CO2激光作为光源，塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展，半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。 三者之中，由于易于获得较大功率，前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍；而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高，但对可控性和易操作性要求较高，因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。 CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列： 1．CO2激光：波长较长，为10.6微米，属远红外波段，一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW，转化效率约10％，最小聚焦直径约0.2～0.7mm。焊接塑料时热作用区深度较深，适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO2激光不能用光纤传输，只能$&* 透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路，从而影响激光头的操作性。 2．Nd:YAG激光：波长较短，为1.06微米，属近红外区波长，不易被塑料吸收。最大输出功率6kW，转化效率为3％，最小聚焦直径0.1～0.5mm。Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小，可以方便地通过光纤传输来构建光路，可将激光头装到机器人手臂上，实现焊接过程的数控和精密自动化；另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料，到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收，从而实现焊接。 3．半导体激光：波长0.8～1.0微米，最大输出功率6kW，转化效率30％，最小聚焦直径0.5mm。由于其输出输出功率较小，适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化。 2．塑料材料 能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上，所有热塑性塑料都能够被激光焊接。 塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为：在热作用区内的材料，要求对激光光波的吸收性好；不属于热作用区部分的材料，则要求对光波的透过性好，尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括： PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂（有机玻璃），PC塑料，ABS塑料, LDPE－低密度聚乙烯塑料，HDPE－高密度聚乙烯塑料，PVC－聚氯乙稀塑料，Nylon 6－尼龙6，Nylon 66－尼龙66，PS－PS树脂，等等。 上述各种塑料制成的塑料件，如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点，因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。 3．吸收剂 吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述，塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化，随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好，但一般在不添加吸收剂的情况下，塑料对光波的吸收性不是很好，吸收效率很低，融化效率不理想。 通常理想的吸收剂是碳黑，碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收，从而大大提高塑料的热吸收效果，使得热作用区的材料融化更快、效果更好。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果。 英国焊接学会（TWI，The Welding Institute）研制出了一种对可见光透明的染料。用这种染料做吸收剂，可以得到透明的塑料焊缝。碳黑在吸收红外波段的激光光波的同时，也吸收可见光波，这也是碳黑看起来为黑色的原因，用碳黑作吸收剂会使激光焊接焊缝颜色变深，与母材颜色不同。TWI研制出的对可见光透明的染料只吸收红外波段的电磁波，不吸收可见光，因此看起来焊缝仍然是透明的。 很多情况下，塑料焊接要求成品美观、精致，因此相比碳黑，对可见光透明的染料吸收剂非常受青睐。 添加吸收剂的方法有3种：一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂，这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面，而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面，让激光光波通过；二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂，这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化；三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。4．其他参数 与金属焊接不同，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，塑料件上的热作用区就越大、越深，将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。 塑料激光焊接的速度比较快，一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min；而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜，最高速度可以达到750m/min。
激光焊接原理与主要工艺参数 作者:opticsky 日期:2006-12-01 字体大小: 小中大 1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，
透明塑料材料的激光焊接在许多工业应用中，热塑性元件的激光焊接已经成为一项 标准的加工方式。当使用二极管激光器、Nd:YAG激光器或光纤激光器时，标准的操作是在重合处进行投射式激光焊接。聚焦激光辐射穿透上层透明的塑料，被下层材料吸收，吸收的辐射能在表面转化成热能，由于热能的传导，就在上层形成接点。 原色或者有色的塑料在近红外波段的吸收较低。炭黑是一种树脂添加剂，它可以在很广的波段（从可见到红外）有效提高塑料对激光的吸收率。然而，如果使用了炭黑，塑料就只能做成深色，无法做成透明的塑料元件。 由英国剑桥焊接研究所（TWI）开发的Clearweld工艺使得透明或者有色塑料能够有效地吸收近红外光。它采用了特殊的近红外吸收材料作为元件表面的涂层，或者作为添加剂掺入下层的树脂中。这些材料在可见光范围内的吸收较小，在近红外区（800-1100 nm）的吸收较大。目前，在最大的吸收波长附近，具有各种不同的窄吸收带宽的吸收材料，它们可以被用来调整塑料的光学特性，以便适应各种常见的近红外激光器。除了取决于所使用的激光波长，最佳的吸收材料还取决于具体应用上的要求，比如加工参数、材料特性和目标元件所需的颜色。 Clearweld涂层工艺 带有吸收范围在940-1100 nm吸收剂的涂层为低粘性、基于溶剂的液体物质，被应用于各种配料系统中。典型的溶剂是乙醇和丙酮。涂层的用量以纳升/平方毫米（nL/mm2）为单位。溶剂可作为载体，挥发得很快，从而在塑料表面形成一层吸收材料薄膜。通常，干燥时间在1至7秒。也可以使用辅助干燥的方法，例如使用红外线灯对零件的预加热或者后加热，令溶剂的挥发更为迅速。涂层过程可以与焊接过程分开进行。 当涂层应用到材料表面时，一个均匀的吸收剂薄层就沉积在材料的表面。在激光辐射以前，干燥后的涂层在可见波段有些许颜色。进行焊接时，激光辐射被涂层吸收，同时被转化成热能。由于热传导，临近于涂层的表面材料被加热而熔化，固化后就形成了焊点。在加热的过程中，吸收剂分解，涂层就完全失去了可见波段的颜色（见图1）。添加剂 吸收剂还可被于许多热塑材料中，它作为添加剂被加入下层的塑料中以协助激光焊接过程。这个过程类似于在材料中添加炭黑，不过，这里的颜色更为多样，可被用于透明/不透明的塑料零件中。 根据应用上的不同要求，技术人员可以利用Clearweld吸收剂工艺来调节材料熔化的深度。这是通过改变树脂中吸模具设计师工作职责五金模具是什么https://www.doczj.com/doc/9717641272.html,/zyzs/396.html 平面设计和产品设计一样吗？学平面设计要从哪儿下手啊https://www.doczj.com/doc/9717641272.html,/zyzs/393.html 机械CAD证考试要多少钱？CAD考试有哪些级别https://www.doczj.com/doc/9717641272.html,/cadjc/885.html 平面设计液晶显示器用哪种好？平面设计电脑配置https://www.doczj.com/doc/9717641272.html,/pmsj/272.html https://www.doczj.com/doc/9717641272.html, 郑州网页设计培训收剂的浓度来实现的。吸收剂浓度与光学穿透深度直接相关，提高浓度就使得穿透深度降低，从而也减小了熔化的深度。
浅谈塑料加工用激光焊接技术 【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
1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。 2)光束焦斑。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。 光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。 3)材料吸收值。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
激光焊接的原理及其在塑料熔接上的应用 激光焊接作为一种熔接塑料制品的手段已渐趋普及。此技术主要用于连接敏感性的塑料制品，例如线路板、有塑料零件的电子感应器、复杂形状的塑料制品，及医疗塑料等要求严格密封及洁净的制品。 激光焊接原理 利用激光把两件塑料部件焊接，首先把部件夹紧在一起，然后以近红外线激光NIR（波长810-1064nm），透射过第一个部件，然后被第二个部件吸收所，所吸收的近红外线激光化为热能，将两个部件的接触表面熔化，形成焊接区。这种焊接方法，能够造出超过原材料强度的焊接缝。 激光焊接优点多 应用激光焊接熔接塑料部件，其优点包括： ·焊接缝尺寸精密、牢固、不透气及不漏水 ·在焊接过程中树脂降解少、产生碎屑少。部件表面能够严密地连接起来 ·与其他熔接方法比较，大幅减少制品的振动应力和热应力 ·能够将多种不同塑料焊接起来（其他焊接方法有较大限制） ·擅长焊接具有复杂外形（甚至是三维）的制品；能够焊接其他方法不易达到的区域由于激光焊接具有上述优点，所以特别吸引那些寻求更清洁的方式来熔接复杂部件的加工商，例如含有线路板的塑料制品、医疗设备等。 多家公司相继推出激光焊接设备 以往一段颇长时间，激光焊接未能在塑料的熔接上应用，这情况已逐渐改变，欧洲的Bielomatik、Leister、Branson等公司相继推出专门用于塑料焊接的激光设备，而新型的塑料和添加剂，令彩色塑料制品的激光焊接成为可能。塑料供应商亦不断改进现有配方，藉此优化塑料对激光的透射率或吸收率。各种因素配合下，令塑料制品的激光焊接工艺迅速发展。事实上，在某些应用中，激光焊接比超声波焊接、振动焊接、热平板焊接等工艺更具成本和性能方面的优势。 激光焊接前景乐观 Branson公司表示，由于激光焊接不会产生残渣，因而适合应用于美国食品及药物管理局（FDA）管制的医药制品，以及汽车制品和电子传感器。Bielomatik公司亦认为这种焊接技术，大大减少制品的振动应力和热应力，是焊接易损坏的制品（例如电子传感器）的理想选择。Leister公司则指出，其他的焊接方法难以将两种在结构、较化点和填充物料等多种性质不同的聚合物接连、而激光焊接却能应付自如。 Novolas焊接设备 Novolas生产线是Leister公司最新推出的设备。此生产线使用了高功率的二极管激光器，每个激光器的功率为25W或更高，提供以下型号的设备： Novolas C型焊接机-这是一台特形焊机，又是点焊机。它可以采用移动制品而固定激光点的焊接方法；又或者采用移动激光点而固定制品的焊接方法。其最大焊接面积为250×250mm，焊接几何形状时非常灵活，但缺点是焊接速度转慢。 Novolas S型焊接机-该机使用[同步]焊接技术，原理是将激光束校准成一条直线或曲线，同一时间射结合处，光束和制品都不需移动。采用这种技术的优点是焊接速度快，但缺点是在焊接几何形状时受到限制。 Novolas M型焊接机该机使用[同步]掩膜焊接技术。Leister公司向客户提供以照相平版印刷术制造的薄膜掩膜，用来掩盖制品不需焊接的部分，固定的激光束只加热制品上那些没被掩遮的部份。这种技术的好处是解决了S型焊接机的焊接几何尺寸所受到限制。再复
不锈钢与碳纤维增强塑料的激光焊接 时间:2014-10-10 16:03发布人:3D打印商情点击:126次 由于碳纤维增强塑料（CFRP）具有很高的强度对重量比（strength-to-weight ratio）、出色的抗腐蚀性能和优良的疲劳性能，因而受到了极大的关注，上述特点让这种材料适合用在飞机、汽车和其他产 关键字：激光焊接,不锈钢,汽车工业,碳纤维增强塑料 ? ?由于碳纤维增强塑料（CFRP）具有很高的强度对重量比（strength-to-weight ratio）、出色的抗腐蚀性能和优良的疲劳性能，因而受到了极大的关注，上述特点让这种材料适合用在飞机、汽车和其他产品中。汽车工业对热塑性碳纤维增强塑料尤其感兴趣，因为它有望缩短生产时间。 将塑料或碳纤维增强塑料与金属接合在一起，通常需要使用胶粘剂或螺栓、铆钉等机械工具。然而，这些接合工艺有几种不足之处，如挥发性有机化合物（VOC）排放的环境限制、粘合时间较长，螺钉或铆钉也会增加重量。因此，Seiji Katayama教授带领团队开发出激光辅助直接焊接金属和塑料（LAMP）的技术。通过使用连续波（CW）Nd:YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器或碟片激光器等，该技术能迅速而牢固地将诸如钢、不锈钢、铝合金在内的金属与工程热塑性塑料（例如聚酰胺PA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和聚碳酸酯PC）接合起来。 LAMP焊接技术可以牢固地将碳纤维增强塑料片材和304不锈钢板焊接在一起，其中使用CW碟片激光器在金属上生成不焊透焊缝。图1显示了聚丙烯腈（PAN）型PA基材碳纤维增强塑料片材与304不锈钢板之间的激光搭接接头在做拉伸剪切试验前、后的情况。 其中，碳纤维增强塑料片材厚度为3mm、宽度为20mm，具有较长的碳纤维，不锈钢板厚度为3mm、宽度为30mm。横截面的照片（见图1中的插图）显示了不锈钢中浅层小孔形成的激光焊道。此外，熔化区广泛分布在碳纤维增强塑料片材中靠近接合面的区域。在图1b中，我们可以观察到黑色的碳纤维增强塑料片材粘结在304不锈钢板的底表面。特别是，粘结的碳纤维增强塑料部分主要根据激光焊道下的不锈钢板而识别出来。在碳纤维增强塑料片材的接合面中也能看到不锈钢的部分。上述事实表明形成牢固的焊接接头是可行的。
塑料的激光焊接 摘要：塑料激光焊接的特点与金属材料的激光焊接有较大的不同。本文论述了塑料激光焊接的基本原理、所用的激光设备，焊接工艺以及塑料激光焊接在工业生产中的应用。塑料激光焊接的工艺涉及焊接吸收剂、激光波长、被焊材料的特性和要求、加工系统控制软件等等。 关键词：塑料激光焊接工艺应用 一、前言 自上世纪60年代问世以来，激光以其相干性好、能量密度高、准直性好等优异特性，在现代工业的各个方面得到了广泛的应用。在材料加工领域，激光用来进行金属材料的切割、焊接、表面相变硬化、合金化、熔覆、打孔、打标、辅助切削、直接制造、快速成形、清洗及微细加工等等。利用激光来焊接金属材料有许多优越性：方便快捷、焊缝小、焊接影响区域小，对原材料性质和形态的改变均很小；易于实现数控控制，可以焊接形状特殊的工件；激光能量集中、作用时间短，可以焊接薄板、金属丝等传统焊接工艺难以加工的材料以及精密、微小、排列密集、受热敏感的材料，等等。激光焊接在金属材料加工中的应用越来越普遍，正逐步从特种加工转变为常规加工工艺。 随着石油的大规模开采使用和石油化工工业的高速发展，塑料作为一种工程材 料，成本低廉、获取方便（石油炼化工业的产品）、加工成型技术简单快捷、成品重量轻、物理特性优良、能提供各种工程性能，其应用非常广泛。塑料作为钢铁、铝、镁等金属和其他一些非金属材料在工程上的替代品，在工业制造和日常生活中的使用都越来越普遍。 当前，激光所能够焊接的材料，除了传统的金属材料之外，其范围正在逐步扩 大，在例如陶瓷等非金属材料上的使用也越来越多；而塑料作为有机材料的代表之一，也被用来作为激光焊接的对象，能够用激光实现焊接的塑料必须是热固性的。20世纪70年代，激光开始被应用到塑料焊接上；但直到20世纪90年代,才取得了大规模的工业应用［1］。见于文献报道的最早激光塑料焊接应用是在1972年，使用100瓦的CO激光光源，以每秒10毫米的速度焊接聚乙烯薄板（最大厚度为1.5毫米）。 直到目前，由于激光器技术的限制以及塑料材料本身固有的强度低、耐热性差、易变形等特点，在塑料工业中，激光作为焊接工具还不是非常普遍；塑料激光焊接的成品，也仅仅限于包装、医疗器械、微电子产品等方面。但是，随着塑料材料和各种激光
新技术推动激光焊接市场升温 《Laser Focus World》杂志在2005年创刊40周年之际，曾撰文回顾了激光器的早期发展，并指出了激光焊接是激光器最为明显的应用之一。但是，《Industrial Laser Solutions》杂志主编David Belforte在其2007年全球工业激光器市场预测中却指出，如果按照数量计算，焊接用激光器只占全球工业激光器的12％；如果按照销售额计算，在2007年工业激光器17.2亿美元的总销售额中，焊接用激光器的销售额大约只有2.06亿美元。 激光焊接的市场占有率 与激光切割、加工、微处理以及打标应用相比，市场对激光焊接接受缓慢的原因尚有待探讨。TWI公司是一家专注于焊接研究、顾问并提供培训服务的公司，该公司激光技术与板材加工部项目总监Geert Verhaeghe说：“只有那些能够利用激光束的一个或多个特征（如高精度、热输入低（低畸变）、穿透深、速度快等）的应用，才特别适合使用激光焊接。客户经常就从弧焊加工改为激光加工向我们寻求咨询。我们始终认为，对加工过程应该整体考虑，产品的设计往往需要修改，以充分利用激光器的优点。” 此外，Verhaeghe说：“激光焊接的工业应用在很长一段时间内受到限制，原因在于它对工件放置的要求非常严格。”也就是说，由于激光焊接的光斑更小，因此要求待焊接的工件要极为贴近。“激光焊接用于高精度的齿轮焊接并不困难；但是要将几米长、8mm厚的板材对焊在一起就要困难得多了。目前有许多种补偿技术，包括填料（使用焊料）、双点（使用光学元件对光束进行分束，从而增大焊接覆盖区）以及迂回行进（沿接缝摆动光束）。我最赞同将激光焊接与弧焊相结合，这样能够同时利用两种方法的优点——即激光焊接的高速度以及弧焊的大熔池。” Verhaeghe认为，没有哪个制造商可以确保激光焊接一定比传统焊接具备经济可行性。“我们经常在客户投资之前为他们做技术-经济比较，” 他说，“这需要考虑可能影响运行成本的各种因素：包括激光器光源、冷却、维护/服务、操作以及耗材等。”他还指出，更加困难的是评估降低畸变以及减少返工/修理所带来的“间接” 好处，而这些通常是高度可重复的激光焊接加工的最大优势。 当然，市场占有率也和地域有关。市场调研公司Frost & Sullivan的高级研究分
本文由想当个好孩子贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第3卷 第1期 光学与光电技术 OPTICS & OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Vol. 3, No. 1 February, 2005 2005 年 2 月 文章编号 1672-3392(2005)01-0018-04 热塑性塑料的激光焊接实验研究 袁晖1 赖建军 2 何云贵 1 （1 华中科技大学激光技术与工程研究院，武汉 430074； 2 华中科技大学光电子工程系，武汉 430074）摘要建立了半导体激光焊接系统，在此系统上进行了热塑性塑料的激光焊接实验，研究了不同颜料有机玻璃材料组合的激光焊接可行性，进行了有机玻璃的激光焊接实验，并对焊接样品的焊接强度进行了测试。关键词塑料；激光；焊接文献标识码A 中图分类号 TG456.7 1 引言 传统的塑料焊接技术有超声波焊接、振动焊接、热平板焊接等，在工业中已得到广泛的应用。近来随着激光技术的发展，采用激光加热源实现塑料焊接的技术在国外得到了重视，已有部分焊接设备投放市场。激光焊接的优点是能生成精密、牢固和密封（不透气和不漏水）的焊缝，而且树脂降解少，产生的碎屑少，由于激光的非接触特性，不会产生污染。另一个优点是激光焊接比采用其它连接方式所产生的振动应力和热应力小，意味着制品或者装置的内部组件的老化速度更慢，因此更适合应用于易损坏的制品如电子传感器或微机电系统（MEMS）[3]。由于成本和材料方面的原因，塑料的激光焊接尚未全面推广，在国内，这方面的研究基本上是空白，塑料的激光加工应用仅限于切割和标记。本文利用半导体激光作为激光局部加热源，研究透射焊接方式实现有机玻璃（PMMA）材料的焊接工艺。同时，利用一种透明吸收材料，实现了两种透明材料之间的焊接，进行了三层塑料基底材料的堆叠焊接实验，为实现塑料部件的堆叠焊接提供了一条途径。 [2] [1] 一起的热塑性塑料，一种对激光透明，另一种在激光波长处具有较高的吸收率。当激光透过透明的塑料加热具有一定吸收率的另一塑料时，产生的热量促使紧密接触的两塑料熔化，由于材料的扩散最终在界面形成瞬时渗透焊缝。这是一种高速、非接触焊接热塑性塑料的方法。焊接过程所需的能量施加于接头区域内很薄的一层。大多数本征塑料能让半导体激光（近红外波段）透过，与之配合的另一塑料，通过添加选择性吸收激光的色素可以转化为能够吸收激光束的塑料。利用透射激光焊接方式， Kagan 等人对以尼龙为主的塑料的激光焊接进行了详尽研究[4]。 force laser beam force ↓ ↓ pressure plate fused zone HAZ plastics A plastics B base 图 1 透射激光焊接原理图 Fig.1 Principle diagram of transmission laser welding 2 透射激光焊接原理和装置
塑料激光焊接加工技术 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 新技术为许多新产品的开发提供了现实操作性，如生物医药晶片大部分由塑料片组成。塑料片上有很多μm限度的结构，在进行封装时就需要用到塑料激光精细焊接技术。 激光焊接工艺之所以具有吸引力，是因为只用很少的热量输入结构件，因此，只会产生可控的最小熔化量。其结果是可获得很高的焊接强度，并且由于熔化物溢出或气化很少而获得无可挑剔的外观质量。在很小的焊接面积上可以获得很高的强度，使得这种工艺在操作空间受到限制的条件下，比黏接工艺更优越。在新材料、新设备和新技术层出不穷的时代，人们不仅要了解激光焊接的特性、优点和要求，还应认识到此领域的诸多创新和未来趋势，始终处于科技的最前沿。 激光焊接技术的基本原理及其特点 塑料的激光焊接是与对材料要求的提高相关联的，这些新的要求通常很难完成。所谓的激光透射焊接一方面要求激光辐射能穿透零件，另一方面要求零件有很强的吸收性能。重要的是，在2个焊接件之间要避免产生裂缝。在激光焊接过程中，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，在外部的压力下2个零件结合在一起。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。 目前国内市场上普遍使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，主要用于连接敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等。应用激光焊接熔接塑料部件，其优点有：焊接缝尺寸精密、不透气及不漏水；焊接牢固，可以得到高精度的焊接件。在焊接过程中树脂降解少、产生碎屑少，不会出现飞边，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