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塑料激光焊接加工技术
《上海塑料》2010年第3期(总第151期)
塑料激光焊接加工技术
燕来荣
溯北十堰东风汽车公司,湖北十堰442001)
摘要传统的塑料焊接技术包括最新的激光焊接技术都只能对二维部件进行焊接,新的三维塑料激光焊接技术却能突破两维
的障碍,它可以使三维的物体天衣无缝地拼接起来,不仅提高了产品的质量,也降低了生产成本。阐述激光焊接技术的基本原
理及其特点,综述了激光加工设备的新的应用领城,激光焊接塑料的工艺和设备;以及激光焊接塑料的材料;同时指出了激光焊
接塑料的应用发展方向
关键词塑料加工;激光焊接;应用发展
中图分类号:TQ320.6
文献标识码:A
文章编号:1009-5993(2010)03-0026-06
0前言
在一起。所吸收的近红外线激光转化为热能,将两
个部件的接触表面熔化,最终形成焊接区。这种焊
新技术为许多新产品的开发提供了现实操作接方法能够形成超过原材料强度的焊接缝。
性,如生物医药晶片大部分由塑料片组成。塑料片
目前国内市场上普遍使用的塑料焊接技术主
上有很多pm限度的结构,在进行封装时就需要用要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接
到塑料激光精细焊接技术。
等,主要用于连接敏感性塑料制品(含有线路板)
激光焊接工艺之所以具有吸引力,是因为只用具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求
很少的热量输入结构件,因此,只会产生可控的最的塑料制品(医药设备)等。应用激光焊接熔接塑
小熔化量。其结果是可获得很高的焊接强度,并且料部件,其优点有:焊接缝尺寸精密、不透气及不
由于熔化物溢出或气化很少而获得无可挑剔的外漏水;焊接牢固,可以得到高精度的焊接件。在焊
观质量。在很小的焊接面积上可以获得很高的强接过程中树脂降解少、产生碎屑少,不会出现飞边,
度,使得这种工艺在操作空问受到限制的条件下,部件表面能够精密连接;焊接设备不需要和被黏
比黏接工艺更优越。在新材料、新设备和新技术层结的卿料零部件相接触,与其他熔接方法比较,大
出不穷的时代,人们不仅要了解激光焊接的特性、幅减少制品的振动应力和热应力:最小化热损坏和
优点和要求,还应认识到此领域的诸多创新和未来热变形,可以将不同组成或不同颜色的树脂黏结在
趋势,始终处于科技的最前沿。
一起;可焊接尺寸极小或外形结构复杂的零件,对
1激光焊接技术的基本原理及其特点
有些复杂零件甚至可以进行“穿透焊接”;无振动技
术能产生气密性的或者真空密封结构;能够将多种
塑料的激光焊接是与对材料要求的提高相关不同塑料焊接起来,而其他焊接方法有较大限制
联的,这些新的要求通常很难完成。所谓的激光透
设备自动化程度高,能方便用于复杂塑料零部件加
射焊接一方面要求激光辐射能穿透零件,另一方面
工。擅长焊接具有复杂外形(甚至是三维)的制品
要求零件有很强的吸收性能。重要的是,在2个焊
能够焊接其他方法不易达到的区域。由于激光焊
接件之间要避免产生裂缝。在激光焊接过程中,吸
收性的零件升温并且局部熔化,通过热传导将能量
接具有上述优点,所以特别吸引那些寻求更清洁的
方式来熔接复杂部件的加工商,如含有线路板的塑
传递到透光的零件,在外部的压力下2个零件结合
料制品、医疗设备等
激光焊接技术是用通常存在于电磁光谱红外
收稿日期:2010-08-1
线区的集束强辐射波熔化接头区的塑料。所用激
塑料激光焊接加工技术
《上海塑料》2010年第3期(总第151期)
光的类型和塑料的吸收特性决定焊接的程度。激那些很难使用其它焊接方法黏接的复杂的几何体,
光焊接也极大地减小了制品的振动应力和热应力。可以考虑使用激光焊接技术。
比采用其它连接方式所产生的振动应力和热应力
,意味着制品或者装置的内部组件的老化速率2激光加工新的应用领域
慢。这为将激光焊接应用于易损坏的制品(如电子
塑料激光焊接技术是一种方兴未艾的非接触
传感器)提供了机会。
焊接技术。同其它焊接方法相比,它具有非接触、
很多不同种类的材料能够用激光焊接在一起。不透气、不漏水、焊接速度快、精度高、焊缝强度高
激光焊接使用近红外线激光(NIR),波长在810到无飞边、无残渣、无振动、热应力最小、易于控制、灵
1064nm。例如:激光焊接将能透过近红外线激光活性好、适应性好等诸多优点。塑料激光焊接技术
的聚碳酸酯(PC)和30%的玻纤增强的黑色聚对苯主要应用于医疗器械、电子元器件、汽车零部件、纺
甲酸丁二酯(PBT)连接在一起。
织品、包装工业。与计算机数控技术相结合,激光
激光焊接没有残渣的优点也使它比较适合应加工技术已成为工业生产自动化的关键技术,拥有
用于以下制品:食品及药物管理局(FDA)管制的医普通加工技术所不能比拟的优势。在过去几十年
药制品、汽车制品和其他的电子传感器。二极管激中,激光焊接在制造行业的应用范圃迅速扩大,它
光器和钇铝石榴石激光器用于塑料焊接时,它们有已经是一种成熟技术。焊接时,高能激光被聚焦于
良好的适应性。例如:可以将二极管激光排列起来材料上,使焦点处的材料汽化蒸发形成一个深而窄
以生成复杂的线状焊缝;还可以将二极管激光发射的入孔,孔随着激光光束在工件表面移动,这就是
器组合堆积起来,以获得特殊应用所需要的高焊接所谓的“钥匙孔”深熔焊。在焊接过程中,惰性气体
功率
(通常是氮和氮)从喷嘴射出覆盖在工件表面以防
激光焊接方式对一些材料而言也存在部分局止氧化。在大功率激光焊接设备中,CO2激光器是
限:高性能聚合物,如PPS,聚(PEEK)和LCP,由最常用的。这种激光器发出光的波长为10.6gm。
于这些材料对近红外光的透射率很低,因而不适合CO》激光器的混合气体主要是氨(保证产生热量的
激光焊接方式;当两种材料中都填充炭黑时,由于移动传输)CO2(激光活性介质)和氮(气体放电产
两种材料都是黑色,它们是不能被焊接在一起的。生激发所必需的能量)。CO2激光器在用于薄壁结
这对于汽车外壳下的设备和其他黑色的装置采用构的高速焊接时,成本效益尤其突出,如轿车车身
激光焊接来说是一个障碍。同样,两种对近红外线的焊接。这种类型激光器的缺点是需要一个非常
激光都透射的材料(通常是透明的或者白色的),由复杂精巧的系统将激光束发送到工件上。这也意
于对近红外光的吸收很少,所以也不能用激光焊味着这套系统的工作平台缺乏灵活性。如果需要
接。对于医药、包装和消费品来说,因为这些产品经过很多反光镜来使激光束到达指定位置,那么此
都要求透明。由于许多矿物填充的化合物能够吸时激光束的品质也将降低。在最近几年,我们已看
收近红外线激光,所以通常不适合用激光焊接。高到了一些新产品,象二极管泵激式Nd:YAG激光
填充的玻纤增强物能够改变近红外线激光的透射器、二极管直接激发式激光器,而且它们已开始被
率,降低焊接效率。不过原料供应商的配方中的玻应用于商业产品。
纤含量通常不会超过这个限度。
塑料的激光焊接技术主要用于普通焊接技术
激光焊接技术最早出现在20世纪70年代,但难以适应的塑料制品(如高密度线路板)、形状复杂
是由于费用昂贵,无法和更早的塑料黏接技术相竞的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(如电子
争,如振动焊接技术、热板焊接技术。但是从20世传感器等)等。激光便于计算机控制,采用光纤激
纪90年代中期开始,由于激光焊接的设