塑料加工用激光焊接技術(shù)(二)

   設(shè)備 

    激光透射焊接技術(shù)主要使用兩類激光設(shè)備：一個是摻釹釔鋁石榴石合成晶體(Nd3+:YAG)，另一個是半導(dǎo)體二極管。Nd3+:YAG激光的波長為1064納米(nm)，容易被含有特殊填料或顏料的塑料吸收?？梢酝ㄟ^光導(dǎo)纖維將激光很方便的傳送到激光頭，尤其是在使用自動化裝置的焊接技術(shù)。  

    二極管激光器產(chǎn)生的波長范圍在800-1000nm之間，這對焊接來說是效率最高的能量區(qū)域。它結(jié)構(gòu)緊湊，可以很方便的安裝在自動化設(shè)備上。二極管激光的吸收特征和Nd3+:YAG的吸收特征類似。  
    塑料焊接有時也使用二氧化碳激光器。它能產(chǎn)生10600nm的光波，這同Nd3+:YAG和二極管激光器產(chǎn)生激光相比，更容易被塑料吸收。但是二氧化碳激光的穿透性能沒有其它兩種激光器產(chǎn)生的激光。因此二氧化碳激光器主要用于薄膜材料焊接。 

表 1: 市場上常用的塑料激光加工技術(shù)對比

  
    使用Nd:YAG或二極管激光的透射焊接技術(shù)，可以以超過20米/分的線速度將1mm以上厚度的塑料件焊接在一起。二氧化碳激光器焊接薄膜的速度可以高達(dá)750米/分。 

    材料  

    幾乎所有的熱塑性塑料和熱塑性彈性體都可以使用激光焊接技術(shù)。常用的焊接材料有 PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等。而其它的一些工程塑料如聚苯硫醚PPS和液晶聚合物等，由于其具有較低的激光透過率而不太適合使用激光焊接技術(shù)。因此常常在底層材料上加入炭黑，以便使其能吸收足夠能量，從而滿足激光透射焊接的要求。 

圖 2：可用于激光焊接的聚合物

    未填充的或者玻纖增強(qiáng)的聚合材料都可以用于激光焊接。但是過高的玻纖含量會散射發(fā)出得IR激光，降低光束通過聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接，但是隨著顏料或染料含量的增加，激光束的通過塑料的穿透能力會有所下降。 

    焊接類型  

    塑料激光焊接有幾種不同的焊接方式。 

    順序型周線焊接(contour welding)：激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料層逐漸的粘結(jié)在一起；或者將被夾層沿著固定的激光束移動達(dá)到焊接的目的。
  
    同步焊接(simultaneous welding)：來自多個二極管激光束被引導(dǎo)到沿著焊接層的輪廓線上，并熔化塑料，從而使得整個輪廓同時熔化并粘結(jié)在一起。 

    準(zhǔn)同步焊接(Quasi-simultaneous welding)： 該技術(shù)綜合了上述兩種焊接技術(shù)。利用反射鏡產(chǎn)生高速激光束(至少10 米/秒的速度)，并沿著待焊接的部位移動，使得整個焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。  

圖 3: 順序型周線焊接、同步焊接和準(zhǔn)同步焊接技術(shù)（左到右）

    另一方法是掩模焊接（mask welding）。激光束通過模板進(jìn)行定位、熔化并粘結(jié)塑料，該模板只暴露出下面塑料層的一個很小的、精確的焊接部位。使用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低至10微米的高精度焊接。