华中科技大学,武汉
1引言
在塑料制品的加工制造过程中,焊接加工是除注塑成型外的另一大重要加工方式。现目前,超声波焊接广泛地应用于塑料制品的焊接,但是超声波焊接有噪声污染严重,焊接质量稳定性不高,加工柔性较差等缺点。为了满足现代化生产需要,急需采用连接质量高、生产过程环保、加工柔性好的塑料焊接方法,而塑料激光透射焊接(Laser Transmission Welding,LTW)就是一种能够克服传统塑料焊接存在的缺点的一种新兴方法。
2塑料激光焊接原理
塑料激光透射焊接原理示意图,如图1所示。一般地,只有热塑性塑料才能实现激光透射焊接。大部分塑料对近红外光(800nm∼1064nm)的透过率较高,所以为了实现透射焊接,一般选取YAG激光和半导体激光作为焊接光源,而半导体激光的使用更多。透射焊接时一般采用搭接接头,上层试板为能透过大部分激光能量的透光材料,下层试板为吸光材料,激光透过上层透光材料,能量被界面处的吸光材料吸收,使得界面处塑料熔化,当热源离开后,熔化的塑料在夹紧力的作用下形成焊缝。
图1 塑料激光透射焊接原理
3塑料激光焊接的特点
激光透射焊接是新兴的塑料焊接方法,相对其他焊接方法,其有许多不可比拟的优势。
相对于广泛使用的超声波焊接,激光透射焊接的主要优点表现在以下方面:a)激光透射焊接易于实现异种材料的焊接,提高了产品设计的可行性;b)激光透射焊接可以将光斑聚焦到很小的程度,可实现微连接;c)激光透射焊接时非接触式焊接,焊接应力小,焊后不需要进行消除应力处理;d)超声波焊接为了保证焊接质量,一般只能进行形状简单结构的焊接,而激光透射焊接的加工柔性更好,可实现复杂曲面的三维焊接;e)超声波焊接依靠试样之间的高频振动实现焊接,焊接噪音极大,焊接残余应力较大,而激光焊接为非接触式加工,焊接环境优良,焊接残余应力较小,无需进行后续消除应力热处理;f)激光透射焊接加工易于实现自动化生产,易于实现焊接在线监测;g)一般情况下,使用超声波焊接的产品需要在焊接位置处留置一定量的凸起,导致注塑模具加工复杂程度增大,而激光焊接只需焊接位置处贴合即可;h)一般地,激光透射焊接强度优于超声波焊接,而且激光透射焊接焊缝比超声波焊缝更美观。
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