盡管一些新型聚合物在分類上非常模糊，但工業(yè)聚合物大體上可分為兩種材料類型：熱塑性材料和熱固性材料。熱固性材料是不可焊接的，但熱塑性材料可以很容易通過加熱使其軟化和熔融。熱熔焊熱塑性材料包括聚丙烯(PP)、ABS、亞克力、聚碳酸酯、尼龍和其它材料。塑料焊接的成功應(yīng)用取決于材料兼容性、連接設(shè)計(jì)和夾具等關(guān)鍵因素。
使用IPG光纖激光器焊接的塑料元件
在汽車產(chǎn)業(yè)上已經(jīng)利用此激光技術(shù)焊接傳感器外殼、輪胎壓力監(jiān)控傳感器和電子產(chǎn)品外殼。其他使用了這種技術(shù)的領(lǐng)域還包括微流體、醫(yī)療和農(nóng)產(chǎn)品等。激光焊接與其他加工方式如振動(dòng)和超聲波焊接相比，有著明顯優(yōu)勢，
- 能夠生成更加潔凈的密封焊縫
- 多余焊接應(yīng)力更少
- 能產(chǎn)生更少的熔化閃光
- 具有更高的加工產(chǎn)量和更好的加工控制
利用激光焊接聚合物在某些專業(yè)制造領(lǐng)域正快速增加。我們這里討論的技術(shù)是傳輸透射焊接，而使用另一種更長波長激光器的焊接技術(shù)將在后期進(jìn)行介紹（本文末）。我們這里討論的傳輸焊接工藝，是在搭接焊結(jié)構(gòu)中透射材料和吸收材料，在壓縮力下進(jìn)行密切的接觸。當(dāng)激光通過透射層時(shí)，下面的吸收層開始熔化并與上一層融合在一起，在接口處形成一個(gè)焊縫。由于熔融區(qū)僅發(fā)生在接口區(qū)域，而沒有表面改性同時(shí)焊縫可能是部分可見或美觀的。
同樣的方法也許可以用于連接兩個(gè)透射性塑料材料，通過在接口使用一種可吸收性涂層，忽略增加的額外成本和復(fù)雜性。透射焊接也許可以用于連接不同厚度種類的材料-從薄膜到厚板以及帶有適當(dāng)寬度翼緣的模塑元件。
使用IPG光纖激光器焊接的塑料元件
塑料焊接可用于：
- 足夠的透射傳輸?shù)巾敳坎糠?/li>
- 底部吸收
- 材料相容性
- 良好的連接設(shè)計(jì)
- 部件夾具
直接二極管和摻鐿光纖激光器
直接二極管激光器和光纖導(dǎo)出直接二極管激光器都已應(yīng)用于聚合物焊接，然而光纖激光器在焊接聚合物上的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在才為人所認(rèn)識。YLR系列為1060-1080nm的二極管泵連續(xù)摻鐿光纖激光系統(tǒng)，具有高功率、理想光束質(zhì)量、光纖輸出和較高光電轉(zhuǎn)換效率等組合特點(diǎn)。YLR系列具有超低震蕩噪聲、高穩(wěn)定性和超長泵浦二極管使用壽命。這些激光產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使其可以很容易地集成到OEM制造系統(tǒng)。
使用IPG光纖激光器焊接的塑料元件
IPG光纖激光器是目前在多種材料和元件領(lǐng)域進(jìn)行熱塑性材料連接生產(chǎn)的應(yīng)用方法，緊湊型975nm的直接二極管激光器和1070nm的光纖激光器，在具體應(yīng)用上可提供靈活的合適的激光源選擇。這些激光器可以聚焦到一個(gè)小點(diǎn)或可對準(zhǔn)到一束光，以適應(yīng)各種零部件的焊接。
例如，直接二極管激光器可以很好地適用于需要更寬熔區(qū)的封裝頭的應(yīng)用，或者汽車生產(chǎn)線尾燈，摻鐿光纖激光器能夠緊密聚焦以焊接復(fù)雜的輪廓，比如微流體應(yīng)用。取決于材料、厚度以及需要的加工速度，通常需要功率為50-200W的連續(xù)激光器。要得到一致的熔區(qū)而沒有焊接閃光，也沒有外排氣材料的關(guān)鍵是通過控制材料上的功率密度與焊接速度。一個(gè)常用的工藝是通過沿著焊接輪廓高速的進(jìn)行多次掃描光束，以可控的方式慢慢熔化材料。
使用功率密度低至0.5kW/cm2也是可能產(chǎn)生出焊縫的。大多數(shù)應(yīng)用要求焊接時(shí)間要低于3秒或者更少，但大型的汽車零部件可能用時(shí)更長。焊后測試也許還包括氦泄露的氣密性檢測，而破裂測試用于檢測焊接強(qiáng)度。
總結(jié)
幾乎所有熱塑性材料經(jīng)使用熱源可被連接到它本身，也可以使用激光器進(jìn)行焊接。PP、PC、亞克力、尼龍和ABS材料都可被光纖激光器焊接, 具體包括醫(yī)療部件焊接、汽車與電子關(guān)鍵系統(tǒng)，車頭燈與汽車尾燈線、泵浦和閥門套、輪胎壓力傳感器、電子產(chǎn)品封裝等應(yīng)用。
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