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塑料连接新浪潮——塑料激光焊接

发布时间:2020年04月15日 浏览次数: 1070

塑料作为一种性能优异的可再生非金属材料,被日益广泛地应用在各行业的零部件设计、制造上,传统的金属部件越来越多地被拥有同样工作性能的塑料部件替代。在汽车、航空航天、交通运输等行业,轻量化的需求尤其强烈,也催生了各种塑料产品代替金属,同时对塑料零件之间的连接技术和质量也提出了更高的要求。


一直以来塑料焊接是永久性连接塑料部件的最有效方法,传统的塑料焊接工艺多为超声波焊接、振动摩擦焊接、热板焊接等,其痛点在于焊接方式有一定的局限,例如:焊接质量较差、生产效率低、难于实现复杂形状焊接、环境污染严重、寿命短、后续处理等问题,这些问题一直以来困扰着塑料行业内人士。

现如今随着激光技术不断创新,复合材料的不断开发,塑料激光焊接的出现恰恰弥补了这方面的缺陷,并将以其明显的优势逐步取代传统的塑料连接方式。


  与传统的热板焊接、摩擦焊接、超声波焊接等技术相比,激光焊接技术的优势特点如下:

1、局部加热、非接触式焊接。无加工器械的磨损,不损基材,降低成本;

2、加工精度高,质量好;

3、焊接过程清洁,无污染,绿色环保,特别适合对卫生要求高的医疗行业;

4、解决了产品焊后凹陷的问题,产品焊后外观优良;

5、焊接速度快,自动化程度高,生产效率高;

6、激光传输可控,便于计算控制,可灵活应用在各微小部件,达到其他焊接方法焊接不到的区域;

7、没有形状、尺寸的限制,大大提高了产品形态、外观的设计自由度;

8、激光热源能量密度高,可实现塑料接合面温度的最佳化,保证焊接过程的高速和高精度化;

9、影响范围小,产生的震动应力和热应力小,产品稳定性高,内部组织老化速度更慢,使用寿命长等。

正是基于以上优势特点,使得塑料激光焊接技术在一些高焊接效率和高严格的外观要求的场合具有非常明显的优势并被广泛应用,例如汽车行业、医疗行业、家电行业、电子电器、照明行业等。

塑料激光焊接原理

两种或两种以上的(同种或异种)塑料部件,通过激光光束穿透上层透光材料,透射到下层吸光材料,两部件受热膨胀,激光能量被下层吸光部件吸收转化为热能,熔化其表面,再通过热传导,将热能传递到上层透光部件上,在内部膨胀力与外部夹具压力的协同作用下产生充分熔合,完成上下部件的牢固焊接。激光光束和焊接部件的相对移动形成焊缝。其焊接原理如下图所示:






两种典型的塑料激光焊接结构

根据焊接工艺需求的不同,焊接结构设计可以分为融塌结构(Collapse)和非融塌结构(No Collapse)设计两大类。



对于变形较大的注塑件,一般适用于融塌结构,可弥补产品的变形对于焊接效果的影响。



对于产品焊接外观、尺寸等有严格要求,同时注塑精度也有高要求的产品,一般适用于非融塌结构。

塑料激光焊接的工艺方式

塑料激光焊接应用方式和金属焊接不同,根据不同的焊接任务和要求,激光焊接的方式大致有轮廓焊接、准同步焊接、同步焊接、掩膜焊接、反射焊接和衍射焊接等。联赢激光可以根据产品特性提供相应的焊接方式方案。原理图示意如下:


影响塑料激光焊接的材料因素

塑料激光焊接需要透光与吸光的材料组合,透明+黑色是最常见且最优良的塑料激光焊接颜色组合方式。

不同颜色塑料焊接难度表


普通黑色塑料一般通过添加炭黑使塑料呈黑色,由于炭黑吸光性非常好,无法形成透射焊接,故传统普通黑色+黑色无法焊接。若器件保密原因需设计成全黑色,可上盖采用透红外线黑色塑料(如巴斯夫公司的 Ultramid A3WG6 LTPA66)黑色尼龙塑料),下壳采用炭黑黑色塑料,实现人眼下呈黑色外观,但可采用激光焊接的工艺方式。而白色塑料会将大部分激光反射,故白色+ 白色焊接难度较大。


一般需保证上层材料在激光波段透过率大于 20%,过低的透光效果会使上层材料在焊接过程中率先过热分解。


透红外线黑色塑料透光性曲线


  联赢激光在塑料激光焊接领域深耕多年,现已开发出专业的测量设备,可完成材料的透光性测试。联赢激光的塑料激光焊研接发团队凭借高质量的激光焊接研发平台和高水平的激光焊接研发技术,已在汽车行业、医疗行业、消费电子行业、家电行业等领域打下坚基。目前已开发出多款适用于不同行业、不同制件的塑料激光焊接设备,其中有单轴振镜塑料焊接台、三轴联动焊接台、五轴双工位塑料焊接台、五轴三工位塑料焊接台、六轴四工位塑料焊接台以及汽车行业的电子刹车焊接台、汽车驱动器焊接台、汽车传感器、汽车阀类、传感器等设备。以下为联赢激光部分塑料激光焊接设备:

UW—单轴振镜塑料激光焊接台




优势特点:

振镜焊接,速度快,精度高;

伺服驱动夹具,夹具下压力稳定可控;

焊接塌陷值可以实时监测;

备监视器,便于调试,观察焊接效果。

应用领域:

汽车行业、电子行业、医疗行业等。

适用材料:

ABSASPPPEPAPCPVCPMMAPSPBT等工程塑料。



UW—五轴三工位塑料激光焊接台



优势特点:

操作方便,焊接速度快,精度高;

各个工位单独可控,模块化设计,可快速更换焊接产品;

可任意行走二维平面轨迹;

配备监视器,便于调试,观察焊接效果。

应用领域:

汽车行业.电子行业,医疗行业,家电行业等。

适用材料:

ABSASPPPEPAPCPVCPMMAPSPBT等工程塑料。


UW— 六轴四工位塑料激光焊接台





优势特点:

振镜焊接,速度快,精度高;

可自动线连接,也可以离线手动上下料;

接塌陷值可以实时监测;

可自动扫码焊接;

设备分两面,一面旋转双工位焊接,另一面滑台双工位焊接。

应用领域:

汽车行业、电子行业、医疗行业和其他适用材料等。

适用材料:

ABSASPPPEPAPCPVCPMMAPSPBT等工程塑料。

UW—塑料激光焊接样品











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