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激光焊接技術(shù)是用通常存在于電磁光譜紅外線區(qū)的集束強(qiáng)輻射波,熔化接頭區(qū)的塑料。所用激光的類型和塑料的吸收特性決定可能焊接的程度。
激光焊接也極大地減小了制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力。比采用其它連接方式所產(chǎn)生的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力小,意味著制品或者裝置的內(nèi)部組件的老化速度更慢。這個(gè)特點(diǎn)為將激光焊接應(yīng)用于易損壞的制品(如電子傳感器)提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。
很多種類不同的材料能夠用激光焊接在一起,激光焊接使用近紅外線激光(NIR),波長在810到1064納米。首先,兩種制品在低壓力下被夾緊在一起,近紅外線激光穿過一個(gè)制品(近紅外線激光透射)然后被另外一個(gè)制品吸收(近紅外線激光吸收)。吸收近紅外線激光的制品將光轉(zhuǎn)化為熱,然后在制品的接觸面處熔化,同時(shí)熱也傳導(dǎo)到透射近紅外線激光的制品的表面,形成一個(gè)焊接區(qū)。焊接縫的強(qiáng)度能夠超過原始材料的強(qiáng)度。舉例說,激光焊接將能透過近紅外線激光的聚碳酸酯(PC)和30%玻纖增強(qiáng)的黑色聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)連接在一起。其它的焊接方法不能將兩種在結(jié)構(gòu)、軟化點(diǎn)和增強(qiáng)材料等方面如此不相同的聚合物連接起來。激光焊接較擅長于焊接具有復(fù)雜外形(甚至是三維的)的制品,能夠焊接其它焊接方法不易達(dá)到的區(qū)域。
塑料激光焊接技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域,例如在 和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的成熟應(yīng)用有助于使它應(yīng)用于塑料連接方面。自90年代中期以來,二極管型和釔鋁石榴石型激光器已經(jīng)向著有利于塑料連接的方向發(fā)展。這些激光器的功率 增大,而它們的成本在過去五年內(nèi)下降了大約90%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)塑料能有效透射二極管激光器(810到940納米)和釔鋁石榴石激光器(1064納米)所發(fā)射的激光或者接近它們波長帶的激光。(二氧化碳激光器發(fā)射的激光容易被塑料吸收,這將導(dǎo)致塑料燃燒的危險(xiǎn))。
激光焊接沒有殘?jiān)膬?yōu)點(diǎn)也使它比較適合應(yīng)用于以下制品∶食品及藥物管理局(FDA)管制的醫(yī)藥制品,汽車制品和其他的電子傳感器。
已經(jīng)證明,二極管激光器和釔鋁石榴石激光器用于塑料焊接時(shí),它們有良好的適應(yīng)性。例如,可以將二極管激光排列起來以生成復(fù)雜的線狀焊縫。還可以將二極管激光發(fā)射器組合堆積起來,以獲得特殊應(yīng)用所需要的高焊接功率。
激光焊接方式對(duì)一些材料而言也存在著部分局限∶一是高性能聚合物,如PPS、聚(PEEK)和LCP,由于這些材料對(duì)近紅外光的透射率很低,因而不適合激光焊接方式;另一個(gè)不足之處是當(dāng)兩種材料中都填充炭黑時(shí),由于兩種材料都是黑色,它們是不能被焊接在一起的。這對(duì)于汽車外殼下的設(shè)備和其他黑色的裝置采用激光焊接來說是一個(gè)障礙?,F(xiàn)在很多材料公司也推出了激光可焊接的黑色塑料,比如,激光可焊記得黑色PC,黑色PA66等等。
同樣,兩種對(duì)近紅外線激光都透射的材料(通常是透明的或者白色的)由于對(duì)近紅外光的吸收很少,所以也不能用激光焊接起來。這對(duì)于醫(yī)藥,包裝和消費(fèi)產(chǎn)品來說是一個(gè)很大的缺點(diǎn),因?yàn)檫@些產(chǎn)品都要求透明。
由于許多礦物填充的化合物能夠吸收近紅外線激光,所以通常不適合用激光焊接。高填充的玻纖增強(qiáng)物能夠改變近紅外線激光的透射率,降低焊接效率,不過原料供應(yīng)商的配方中的玻纖含量通常不會(huì)超過這個(gè)限度。
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