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工业技术
透明塑料激光焊接方法及其接头设计
胡学安朱宝华
(深圳市大族激光科技股份有限公司,东深圳,518057)
摘要:对塑料激光焊接的原理、方法及应用进行系统地阐述,对透明塑料的激光焊接进行了介绍。结果认为:激光吸收剂
般为液态,因此涂覆工序有一定难度;新设计的吸收剂涂覆接头形式,有效地解决了透明塑料激光焊接前液体吸收剂涂覆
存在的困难,同时提高了定位精度,保证焊缝的一致性和焊接质量
关键词:塑料激光焊接激光吸收剂接头设计
Laser Welding Methed of Transparent Plastic and Its Joint Design
Hu Xuean Zhu Baohua
(Shenzhen Hans Laser Technology Co. Itd. Shenzhen, Guangdong, 518057)
Abstract: The principle, methods and applications of laser welding of plastic are
stated. The laser welding of transparent plastics is introduced. The results show that
A there are some difficulties in spray processing because of liquid laser absorber. The diffi-
A culties of spray of liquid laser absorber are solved by a innovative joint, and the welding
consistency is improved. Positioning accuracy and satisfing welding quality are obtained.
Key words: plastics; laser welding; laser absorber; joint design
件塑料成品可能由多种材料或部件制成。束通过上层透明材料,然后被下层材料吸收。激光
在塑料制品的加工过程中通常可使用机械固定件、能量被吸收使得下层材料温度升高,熔化上层以及
黏合剂及焊接等工艺进行连接,以焊接工艺的效果下层的塑料。上层材料可以是透明的或者是有颜
最佳。焊接形式多样,可根据不同材料、尺寸、用途色的,但是必须能够保证有足够的激光通过。
而使用不同的焊接工艺。随着材料和设备方面的
塑料激光焊接的过程如图1所示。
进步,使用激光作为工具对塑料制品进行焊接的方
法也逐渐得到了客户的认可。塑料激光焊接主要
用于连接敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂
几何形状的塑料件以及有严格洁浄要求的塑料制
品(医药设备)等。
吸收光
产生热
两部分熔合冷却重新固化
1塑料激光焊接基本原理
图1塑料激光焊接过程示意
激光焊接技术是借助激光束产生的热量使塑
激光加工具有很多优点:焊接设备不需要和被
料接触面熔化,进而将热塑性片材、薄膜或模塑零
粘结的塑料零部件相接触;速度快;设备自动化程
部件粘结在一起的技术。
最常用的激光焊接形式被称为激光透射焊接。
收稿日期:2013-10-14;修改稿收到日期:2014-01-15
首先将2个待焊接塑料零部件夹在一起,然后将
作者简介:胡学安,男,工程师,主要从事激光焊接应用工艺
束短波红外区的激光定向到待枯结的部位。激光
开发工作,E-mail: huxian(@163,com。
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2014.26(3)MODERN PLASTICS
PROCESSING AND APPLICATIONS
观代型料加和2立用
2014年6月
度高,很方便地用于复杂塑料零部件加工;不会出
收外,还开发了放射状焊接和 Globo球头焊
现飞边;焊接牢固;可以得到高精度的焊接件;无振接方式。
动技术;能产生气密性或者真空密封结构;最小化
热损坏和热变形;可以将不同组成或不同颜色的树3透明塑料的激光焊接
脂粘结在一起。
很多研究机构和公司针对透明塑料开发了各
2塑料焊接的实现方式
种激光吸收物质,其中比较有效和得到广泛应用的
是 Gentex公司开发的 Clearwell浄焊涂层等激光
激光塑料焊接方式主要有4类:轮廓、同步、掩吸收产品
膜及准同步焊接,如图2所示231。
Gentex公司 Clearwell新工艺的开发,目的是
消除在近红外线激光吸收方面对炭黑的依赖,从而
拓宽可进行激光焊接的颜色范围,令透明制品、色
彩轻淡的制品,甚至各种颜色的不透明制品,都可
进行激光焊接。 Clearwell原料(浄焊材料)无色,
能吸收大多数商用二极管激光器发射的近红外线
轮廊焊接
同步焊接
掩膜烨
准同步焊接
激光。如要处理2种对近红外线激光都透射的材
料,可在其接触界面上放上一层很薄的 Clearwell
图2塑料激光焊接的实现方式
净焊材料,然后再进行激光焊接。浄焊材料可通过
轮廓焊接:激光柬按顺序沿预定轨迹焊接,通
工业上的喷墨打印机或喷射系统喷到接合面处
过焊接工件或激光的移动,或者两者相对移动获得
所需的焊接图案。轮廓焊接灵活性好,能形成复4透明塑料焊接的接头设计
的三位焊接轮廓,能量效率高,可编程性好,工具成
本低,装配速度快,但焊接时间长。适于小批生产,
以一电子器件透明外壳激光焊接为例(见图
主要用于旋转对称的圆周焊缝、无飞边和残渣的大
3),现有制品的接头形式为搭接接头,接触面为平
型零部件焊接。
面,如图3(a)所示,装配过程中定位较为困难,且
同步焊接:一東或多束激光同时加热整个焊接
液体激光吸收剂涂覆也有一定难度,容易污染内部
区域,使得整个轮廓线同时完成焊接。同步焊接焊
电子器件及其他不需要焊接的位置。
缝不一定要在同一平面,只要对焊缝施加的加紧压
透明上盖和壳体
力均匀分布即可。同步焊接最适合于线性焊缝,利
用光束整形原件可以产生几乎所有可能的光束几
内部电子器件
内部电子器件
何形状。同步焊接速度快,但透镜和光纤束需要日
(a)更改前
常维护,适用于大批量焊接。
掩膜焊接:在激光源和要焊接的部件间插入
图3更改前后产品接头设计
层膜。一排线状激光在整个结合区域移动,该光束
对此,将原制品平面接触焊接的结构优化为凹
仅仅作用于没有被膜遮蔽的部件上。掩膜焊接仅凸结构,如图3(b)所示。这样只需要对制品注塑
适用于近乎平面的焊接。
模具进行适当的修改,就可以解决制品的定位问
准同步焊接:又称扫描焊接,综合了轮廓焊接题,减小装配带来的误差和错位,有助于激光吸收
和同步爆接的特点。用一对伺服控制的反射镜(检染料的涂覆,染料通过专用的 Needle Tip点胶设
流计头)控制激光束,快速(至少10m/s)多次扫描备或手工涂覆在底部制品的回槽中,避免污染制品
焊接部位,直至整个焊接部位所有点几乎同时达到其他部位。同时利用略大于凹槽宽度的激光光斑,
熔点开始熔化。准同步焊接适用于准平面位置,需选择匹配的焊接功率和速度,即可实现无痕迹的焊<