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          激光焊接正成為塑料制品加工新趨勢

          • 時間:2021-07-17

          • 閱讀量:936

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                如今,消費者對尾燈外觀設計和整體造型的審美要求越來越高,要打造有漂亮外觀的尾燈,對制造過程中的焊接環節提出了挑戰。

          1車燈焊接界的潛力股——塑料激光焊接

                熱板焊接是塑料焊接技術中發展較早、工藝最為簡單的一種焊接技術。隨著技術的發展,目前,在車燈制造中使用最多的焊接方式是振動摩擦焊接和超聲波焊接。除此之外還有受到越來越多關注的激光焊接技術。

          從表1中幾種焊接技術的對比不難看出,塑料激光焊接有著焊縫美觀、焊接靈活、強度高等特點,已然成為車燈焊接技術中的“潛力股”。

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                                                                                                              表1 不同焊接工藝對比

                隨著激光技術的發展,設備成本的下降,激光焊接正在成為車燈焊接的主流工藝。那么,塑料對激光焊接的適應性如何呢?

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          2有些塑料不改造并不適合激光焊接

                激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種焊接方法,即激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,使工件熔化,形成特定的熔池。因此,激光光束的能量必須被塑料吸收,才能達到良好焊接效果(如圖1所示)。

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                                                                                                                圖1 激光焊接工藝示意圖

                所以,塑料在近紅外區必須具備特殊光學性能才適用于激光焊接工藝,上層透過層需要保證透過近紅外激光,而下層吸收層則要保證吸收近紅外光。那么,塑料本身的光學性能是怎樣的呢?

                從聚合物形態來說,非晶型聚合物僅吸收少量的入射光,可以獲得很高的穿透深度。

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                                                                                                      圖2 四種聚合物(未含添加劑)光譜圖

                如圖2所示,四種非晶型聚合物在可見光區和近紅外區均表現出很高的透過率。由于結晶區的存在,結晶型聚合物的光學性能差異較大,激光在球晶區界面處發生折射或反射,穿透材料的行程更長,對激光的吸收率高于非晶型聚合物。

          對于填充型聚合物材料來說,光學性能受到填充材料的影響較大。以玻纖為例,Val Kagan研究了不同玻纖含量的PA6增強樹脂的透過率(圖3),發現隨著玻纖含量的增加,材料的透過率是線性下降的。

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                                                                      圖3 玻纖含量對PA6透光率和光路長度的影響(leff:有效光路長度,0%玻纖作歸一化處理)

          3激光焊接工藝的選擇

           

                隨著設計美觀度的要求越來越高,激光焊接工藝對所焊接材料的要求也越來越復雜,除了常見的透明-黑色產品焊接,甚至會有黑色-黑色產品、透明-透明產品、白色-白色產品等其他需求。在激光焊接工藝的選擇上,激光器功率過高或焊接時間過長容易造成材料熔融過度導致降解,為達到理想的焊接質量應該選擇合適的激光功率、掃描速度及焊接時間。

                與傳統塑料焊接工藝不同,激光焊接利用激光輻射能量對兩種聚合物進行焊接,不僅在聚合物選擇上具有廣泛的適用性,更具備焊縫美觀、焊接靈活、焊接強度高的特點。同時,塑料激光焊接針對材料特性提出了特殊要求——激光的選擇性吸收與透過。為獲得滿意的制件,不僅需要對焊接工藝參數進行調整,合適材料的選擇至關重要!

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