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干貨 | 塑料件緊固工藝5：激光焊接

關(guān)于作者：塑料激光焊接和超聲波焊接。

鐘元，2011年出版書(shū)籍《制造裝配產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南》（DFMA）。塑料激光焊接機(jī)生產(chǎn)廠家。

《面向成本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)：降本設(shè)計(jì)之道》將于2019年12月出版（DFC）。激光塑料焊接。

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1. 塑料激光焊接

1.1塑料激光焊接的原理

海賓斯塑料激光焊接機(jī)。

激光焊接的原理是將兩個(gè)塑料部件夾在較低的壓力下，將激光束聚焦在兩個(gè)塑料部件上，其中上塑料部件穿透紅外激光，下塑料部件吸收激光，吸收激光能量將光能轉(zhuǎn)化為熱能，在塑料部件的接觸表面熔化，熱也傳遞到上塑料部件，形成熔化區(qū)域。在夾緊力的作用下，熔化區(qū)產(chǎn)生分子間混合，冷卻后形成焊縫，使兩個(gè)塑料部件緊固成一體。

1.2激光焊接光源

YAG或CO2激光通常用作塑料激光焊接過(guò)程中的光源。隨著半導(dǎo)體材料工業(yè)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體激光逐漸被用作光源。

CO2激光：

特點(diǎn)：波長(zhǎng)為10.6微米，最小聚焦直徑約為0.2-0.7毫米；

優(yōu)點(diǎn)：塑料能很好地吸收波長(zhǎng)的激光；

缺點(diǎn)：不能用光纖傳輸，激光頭操作性差；

適用場(chǎng)合：焊接塑料時(shí)熱作用區(qū)較深，適用于需要焊接較厚的塑料材料；

YAG激光：

特點(diǎn)：波長(zhǎng)1.06微米，屬于近紅外波長(zhǎng)，最小聚焦直徑0.1-0.5mm；歐卡德塑料激光焊接機(jī)。

優(yōu)點(diǎn)：聚焦面積小，光路可通過(guò)光纖傳輸建造，激光頭可安裝在機(jī)器人手臂上，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的數(shù)控和精密自動(dòng)化；

適用場(chǎng)合：最好通過(guò)上層待焊塑料吸收下層待焊材料或中間層，實(shí)現(xiàn)焊接。這種光源常用于汽車(chē)燈的激光焊接；

半導(dǎo)體激光

特點(diǎn)：波長(zhǎng)0.8-1.0微米，最小聚焦直徑0.5mm;

優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換效率高，易于實(shí)現(xiàn)激光的小型化和便攜性；

缺點(diǎn)：輸出功率小；

適用場(chǎng)合：適用于焊接激光功率要求較低的場(chǎng)合

1.3激光焊接方法

塑料激光焊接的應(yīng)用。

激光焊接的常用方法包括以下幾種：塑料激光焊接機(jī)。

輪廓焊接激光焊接塑料常見(jiàn)問(wèn)題。

輪廓焊接是目前應(yīng)用最廣泛的最簡(jiǎn)單的焊接工藝。在焊接過(guò)程中，激光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)和振動(dòng)鏡在焊接物體上移動(dòng)或靜止。激光與焊接物體之間的相互作用時(shí)間取決于光束的焦點(diǎn)尺寸和移動(dòng)速度，從而影響焊接時(shí)間和效果。輪廓焊接是一種非常靈活的焊接工藝，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維焊接，廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)。

塑料激光焊接工藝。

同步焊接

激光束在同步焊接過(guò)程中同時(shí)照射焊接區(qū)域，顯著減少了焊接處理時(shí)間，允許橋梁焊接兩個(gè)間隙較大的相鄰部件。與輪廓焊接相比，由于激光時(shí)間較長(zhǎng)，通過(guò)同步焊接方法焊接的部分更可靠塑料激光焊接機(jī)價(jià)格。

透明塑料激光焊接。

放射狀焊接

激光束通過(guò)高速掃描電機(jī)定位，然后通過(guò)錐形鏡進(jìn)行二次反射，可以形成圓柱形表面的線性焊接。根據(jù)電機(jī)掃描的速度，可分別進(jìn)行順序周線焊接或準(zhǔn)同步焊接。零件的緊密配合確保了焊接過(guò)程中所需的嵌入壓力，而零件在焊接過(guò)程中不需要移動(dòng)。

打塑料的是什么激光設(shè)備。

掩模焊接塑料焊接材料。

掩模焊接是一種基于輪廓焊接或同步焊接方法的過(guò)程，其原理與芯片制造中的光刻技術(shù)相似。該工藝主要用于復(fù)雜的幾何焊接圖案，最小接縫寬度大于100μm。掩模通常由薄片或金屬玻璃制成。由于掩模制作繁瑣，掩模只針對(duì)一種焊接幾何圖案，因此掩模焊接往往缺乏靈活性，但適用于大規(guī)模焊接加工。

塑料PBT焊接。

Globo焊接pa塑料焊接。

Globo焊接沿產(chǎn)品輪廓周線焊接。激光束通過(guò)氣墊式聚焦在焊接界面上，無(wú)需摩擦任何滾動(dòng)玻璃球點(diǎn)。玻璃球不僅聚焦，而且作為機(jī)械夾緊夾具。球在表面滾動(dòng)時(shí)，為接合面提供了持續(xù)的壓力。這保證了激光加熱材料的壓力夾緊。玻璃球取代了機(jī)械夾具，擴(kuò)大了激光焊接在連續(xù)三維焊接中的應(yīng)用范圍。

1.4激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)

激光夾層焊接。

激光焊接的優(yōu)點(diǎn)：焊接高強(qiáng)度焊接部件上的熱應(yīng)力和其他應(yīng)力降低到無(wú)振動(dòng)加工理想焊縫的最低簡(jiǎn)單焊縫形狀，外觀干凈、清潔完美，無(wú)粉末、雜質(zhì)產(chǎn)生高精度非接觸，無(wú)工具磨損（粘合劑、緊固件）等，維護(hù)成本低，自動(dòng)激光焊接產(chǎn)量高

激光焊接的缺點(diǎn)：設(shè)備投資高透明塑料焊接。

1.5激光焊接的應(yīng)用

塑料激光焊接技術(shù)應(yīng)用廣泛，典型應(yīng)用領(lǐng)域包括：塑料焊接用什么工具。

醫(yī)療器械塑料焊接網(wǎng)。

對(duì)于某些特殊用途的醫(yī)用塑料器械產(chǎn)品，必須焊接其形狀和結(jié)構(gòu)；

包裝工業(yè)

例如，高級(jí)工業(yè)成品包裝采用塑料薄膜焊接技術(shù)，可獲得高速加工、可靠接縫、外觀美觀的塑料包裝。塑料外包裝材料的激光焊接連接。塑料材料為熱塑性塑料和人造橡膠。三激光束焊接方法。

汽車(chē)零部件

如今，汽車(chē)車(chē)身的總體趨勢(shì)是努力減輕其重量，因此塑料、樹(shù)脂、特殊玻璃等材料在汽車(chē)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。焊接是必不可少的工藝之一。激光焊接是所有焊接工藝中優(yōu)勢(shì)最大、技術(shù)成熟、成本最低的一種。因此，熱塑性塑料、合成樹(shù)脂、合成橡膠和一些特殊玻璃等汽車(chē)材料在汽車(chē)工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

包裝電子設(shè)備產(chǎn)品激光焊接機(jī)。

電子設(shè)備產(chǎn)品的包裝技術(shù)對(duì)焊接環(huán)境和工藝要求非常嚴(yán)格，如粉塵量低、熱量低、振動(dòng)不強(qiáng)、包裝精度高、接縫可靠耐用、外觀美觀等。包裝材料的很大一部分是塑料，所以塑料激光焊接也有很大的應(yīng)用空間。

紡織品塑料焊接的基本方法。

激光焊接紡織品可稱(chēng)為激光縫合。其接縫牢固可靠、加工速度快的優(yōu)點(diǎn)非常適合縫紉紡織品。激光焊接可用于加工一些防水服裝設(shè)備和需要?dú)饷苄缘脑O(shè)備。

2. 塑料和顏色的激光焊接

海濱斯塑料激光焊接機(jī)。

2.1激光焊接對(duì)塑料的要求

激光塑料焊接設(shè)備廠家。

所有能被激光焊接的塑料都屬于熱塑性塑料。理論上，所有熱塑性塑料都可以被激光焊接。

塑料激光焊接技術(shù)對(duì)焊接塑料的要求為：上塑料部件材料需要良好的光波滲透性；下塑料部件材料需要良好的激光光波吸收；特別是當(dāng)兩個(gè)薄塑料部件疊加焊接時(shí)。

熱塑性材料的激光焊接主要采用激光透射焊接。該方法對(duì)焊接的兩種材料的性質(zhì)有一定的要求，即上熱塑料層對(duì)激光波長(zhǎng)透明，下熱塑料層可以吸收激光能量。激光束通過(guò)透明的上層材料到達(dá)下層材料，下層材料的表面因吸收激光能量而熔化。此時(shí)，兩種材料在一定壓力下通過(guò)分子連接焊接在一起。由于激光是非機(jī)械接觸聚焦在下層材料表面，激光引起的熱效應(yīng)是局部的，因此該方法可以避免焊接材料的機(jī)械和熱損傷。目前，約20%的熱塑料材料是基于激光焊接的。

吸收劑的應(yīng)用是塑料激光焊接工藝中非常重要的工藝。如前所述，塑料激光焊接的本質(zhì)是熔化熱作用區(qū)待焊塑料，然后冷卻自然實(shí)現(xiàn)塑料零件的連接。塑料熔化需要使塑料部件吸收足夠的激光能量。塑料本身最好能以較高的吸收率吸收激光能量，但一般來(lái)說(shuō)，塑料對(duì)光波的吸收率不是很好，吸收效率很低，融化效率不理想。

一般來(lái)說(shuō)，理想的吸收劑是碳黑。碳黑基本上可以吸收紅外波長(zhǎng)的所有激光能量，從而大大提高塑料的熱吸收效果，使熱作用區(qū)的材料融化更快、更好。一些其他顏色的染料也能起到同樣的吸收光波的作用

添加吸收劑的方法有三種：一種是將吸收劑直接滲入待焊接材料中，將滲透吸收劑的塑料部件放在下面，將無(wú)滲透吸收劑的塑料部件放在上面，使激光光波通過(guò)；二是將吸收劑滲入塑料部件的表面，使部分滲透吸收劑的塑料成為熱作用區(qū)并熔化；第三，在兩個(gè)待焊接塑料部件的接觸處噴涂或打印吸收劑。

2.2塑料激光焊接兼容性

并非所有熱塑性塑料都能兼容焊接在一起。如圖所示，塑料激光焊接的兼容性。

2.3激光焊接塑料件顏色

塑料激光焊接的一個(gè)重要課題是兩個(gè)焊接塑料部件的顏色搭配，這是由激光透射焊接的原理決定的。下圖顯示了不同材料顏色造成的焊接難度。透明度 黑色是最容易焊接的。隨著激光焊接技術(shù)的發(fā)展，白色 白激光焊接已成為可能。

3. 塑料件激光焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1激光焊接結(jié)構(gòu)

塑料件的激光焊接結(jié)構(gòu)大致包括三種:搭接型、T型和圓周型。

（搭接型）

（T型）

（圓周型）

而對(duì)接的方式則不可取。

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（對(duì)接）

3.2激光焊接的其他注意事項(xiàng)

就像塑料零件的超聲波焊接一樣，兩個(gè)零件之間的定位特征需要在焊接前進(jìn)行定位。

(使用定位特征)

此外，在設(shè)計(jì)塑料件結(jié)構(gòu)時(shí)，還需要考慮激光束的可達(dá)性。

—END—

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