激光塑料焊接的工艺原理

激光塑料焊接工艺原理

高聚物材料的激光焊接是一种透射式焊接工艺。因为许多热塑高聚物对于可见光和近红外光具有较好的光学穿透性，这样激光就可以穿过上层材料到达焊接面，下层的材料含有一种可以吸收激光的着色剂，它吸收激光，从而受热融化下层材料。由于上下两层材料都有很好的热传导性并且接触很紧密，下层产生的热量可以传到上层材料并使它融化，这样就把两个部件粘接在一起。

　　目前激光透射式焊接有多种方式。其中最常用的两种是轮廓焊接方式和扫描焊接的方式，这两种方式的主要区别是在焊接材料上聚集能量的方式不同。由于两者各有优点，不同的应用需要选择适宜的焊接方式。

　　轮廓焊接

　　轮廓焊接是指需要焊接的零件和激光束按照制定好的路线进行相对移动而完成的焊接，相对移动通过旋转轴、线性轴或者机器人来完成，随着路径的前进焊接材料依次融合从而完成焊接。这种方式的焊接，焊缝宽度范围从产生零点几到几毫米，取决于激光模式和聚焦系统。

　　这种工艺柔性大，可以进行复杂的，三维的轮廓焊接。焊接零件的尺寸只是受限于用来固定焊接零件的夹具，这样就能实现大型零件的焊接。这种焊接方式的不足是，由于高聚物的局部融化产生膨胀变形会导致焊接零件产生尺寸偏差。

　　轮廓焊接主要应用于形状对称的接缝的转动焊接或不允许有飞溅和残渣的大型零件的焊接。

　　扫描焊接

　　电镜扫描的焊接方式结合了轮廓焊接和同步焊接两种方式。相对于轮廓焊接，扫描焊接的聚焦激光束沿焊缝移动的速度更快。这种方式可以同时加热融化整个焊缝，从而对焊缝的加热更加均匀，还可以补偿焊接工件的几何尺寸误差。此外，这种焊接方式产生的飞溅也少。

　　这种工艺的循环时间比轮廓焊接短的多，由于电镜扫描范围的限制，零件尺寸不能超过230x230mm，但可以通过采用多个电镜的方法来实现较大零件的焊接。扫描焊接不能进行复杂的三维焊接，它适合焊接时间短、小型零件的焊接或为了质量控制需要监控焊接轨迹的焊接。

　　扫描焊接方式对于汽车中的传感器电子产品的焊接非常适用。采用LaserQuipment®焊接系统可以在3秒内完成100mm长度的焊接。所有激光防护装置和焊接监测装置都集成在这个焊接系统中，而且还配有一套专用的夹具。

　　同步焊接

　　同步焊接方式是指焊缝同时被一束或多束激光照射加热。这种方式没有焊缝长度的限制，焊缝也可以不在一个平面上，只要夹具的压力沿整个焊缝能够均匀的分布即可。

　　同步焊接可以很好的完成同一平面上的焊接，但如果是球面的曲线焊接就需要添加额外的光束整形部件，通过调整和控制这个分立的光学部件，可以使激光能量在整个焊缝长度范围内均匀分布。

　　同步焊接方式适合大量生产或焊接时间短的应用。

　　复合光焊接

　　混合光焊接是LPKF公司研发的一项新技术。采用这项技术的激光焊接系统成本效益高、无需夹具，可以克服焊接大型的、三维的工件所遇到的尺寸偏差问题。这项技术采用的是激光和传统卤素灯发出的红外光的混合光。实验已经证明采用双重光可以提高焊接速度和焊接尺寸精度。

　　混合光焊接技术不仅仅应用在汽车零件（前灯、尾灯和发动机塑料部件等）的生产上，也可以应用在日用品和医药用品的生产上。