塑料激光焊接可分為兩種:透射焊和直接焊。其中透射焊是最常用的熱塑性材料的焊接方式。大多數塑料在其自然條件下,在可見光和近紅外波長下是透明或半透明的,可通過添加适當比例的着色劑來吸收光源。
在透射焊(LTW)中通常使用Nd YAG、二極管和光纖激光器,其波長在0.8um-1.1um之間。其中,光纖激光器綜合效果最佳。
在衆多焊接工藝參數中,激光焊接熱源分布的選擇至關重要。焊接熱源分布常見有兩種:頂帽光束和高斯光束。
對于相同的功率,高斯光束的峰值強度是頂帽光束的兩倍。因此,高斯光束可能導緻焊縫中部過熱,嚴重時導緻塑料的降解,同時高斯光束具有更寬的熱影響區。頂帽光束相對更加有效,在達到能量要求的同時,減少浪費。在實際的應用過程中,可采用光束整形器,将典型的高斯光束轉為矩形頂帽光束。
焊接能量在焊接過程中的反射、透射、散射、吸收取決于塑料基體的組成和激光的波長。塑料基體中不同成分,如增強劑、沖擊改性劑、礦物填料、熱穩定劑都會影響光的傳播。
除了上述塑料成分外,焊接前的條件,如塑料零件的含水量和裝配界面的間隙,也會影響焊接質量。
當塑料部件在焊接期間被加熱時,塑料部件中存在的水分蒸發,導緻“氣穴”。氣穴如果發生在焊縫處,則會影響焊接強度。如果遠離焊縫,則不會對強度産生不利影響。同時,在幹燥條件下的焊接試樣在焊接區或基材上表現脆性斷裂,而含水量較高的試樣在焊接區表現出韌性斷裂,這是因為塑料中的水分作為增塑劑,提高了材料韌性。
透射焊依賴于從激光吸收能量,通過透明聚合物部件進行熱傳導。因此成功焊接的一個主要參數就是匹配部件之間的氣隙。焊接強度随零件的間隙增大而減少。
在實際應用過程中,通過緩慢加熱來增加材料的熱應變,并通過選擇适當的參數組合來控制熱分布,這将導緻體積膨脹,使得該過程能夠補償一定的氣隙。也可以通過較大的夾緊力來有效提高焊接強度。
塑料激光焊接的種類繁多,有輪廓焊、同步焊、類同步焊的等等
傳統的透射焊是将吸光塑料和透光塑料焊接在一起,兩個透明塑料或者兩個吸光塑料焊接是一個挑戰。
最後,塑料激光焊接的應用已經非常廣泛且日益成熟。在新能源電驅系統領域的激光焊接,影響焊接質量的因素繁多,重點關注如下:透光率、含水量、速度、能量、光斑大小,零件表面質量。
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