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迎接激光焊接时代

更新时间:7/8/2011 2:07:38 AM  来源:hanzlaser  编辑:hanzlaser  浏览数:

激光焊接作为焊接灵敏部件(如内有电路板的部件)、几何形状复杂的部件或者清洁度要求极其严格的部件(医疗器具)的一种专用方法已得到认可,激光设备和塑料材料的发展正在激发人们更多的兴趣。  

激光长期以来应用于金属焊接,近期它突入到塑料的切割与标识。然而,由于缺乏合适的设备、能焊接的聚合物和色彩的限定以及对该技术潜力的有限认识,直到现在塑料激光焊接仍然滞后。

 

激光焊接的显著特征在于它能够产生一个精确、结实、气密(气密封和水密封)的焊缝,同时又能减少树脂、粒子降解,并在零件焊缝表面周围进行接合。最近几年来,这种不接触焊接技术吸引了许多焊接精确、高价值制品的欧洲公司。

  

在美国,激光焊接似乎能够发展成为一种在焊接成本和焊接性能上取代已被认可的超声波、振动和热板焊接等技术的焊接方法。然而,人们对它的陌生感仍然严重地阻碍着激光焊接的更加广阔的应用。

 

新激光设备正在减少那些障碍,不仅如此,创新性材料和添加剂使得激光焊接能够在该技术曾不可及的彩色零件上实现其可行性。现在,着色新技术也使黑色—黑色和亮色—亮色材料的激光焊接成为可能,而且材料供应商正在根据现有的配方改进材料的激光透射率或吸收性。

 

当两种材料对激光的反应差异很大时可以使用激光透射焊接。

 

激光焊接也能大大减少部件的振动及部件上的热应力。这种方法与其他焊接方法相比,“振动和烧焦”少,因此部件或组件内部零部件所产生的降解也相应减少。这个特点为激光焊接电子传感器等脆弱部件打开了大门。

 

Leister公司的总经理Jerry Zybko补充说:大量不同的材料都能用激光焊接。激光焊接适合于焊接轮廓复杂(甚至是三维)的部件,也适合于焊接那些用其他焊接方法无法焊接的地方。

 

激光技术的成熟性,有助于扩展其在塑料焊接中的作用。二极管和NdYAG类激光自从20世纪90年代中期就得到进展,极好地应用于激光焊接中。这些激光的能量已得到大大地增加,其成本与过去5年相比也下降了90%左右。

 

二极光与NdYAG激光在用于塑料焊接时被证明还有很多功能。比如,二极管激光在做复杂线条焊缝时可以组态成几排光束,而且二极管发射器可以装在储存箱体里为特殊应用提供所需的焊接能量。

 

定制的塑料激光焊接设备

Leister公司的Novolas新产品系列就是这类新式设备的一个例子。该系列产品使用了高能量的二极管激光,每个二极管至少有25W的功率。Novolas C是一种曲线式或点式焊机,它可产生一种靠光学设备定型、聚焦的激光能曲线点。这种曲线点固定不动,而激光下的部件放在一个程控的、伺服驱动的X-Y轴上接受瞄准,以便激光点可以穿过整个焊缝线。曲线焊接按照物体的几何形状工作非常灵活,但是这种方法相对较慢。

 

有一种比较快的方法叫“同步”焊接法,其激光束可用平行直线或曲线对准,所以它能够完全暴露出整个焊缝,既不用移动光束,也不用移动零件。Leister公司的S型产品使用的便是这种方法。

 

同步焊接尽管速度快,但要受到焊接几何形状方面的限制。但是,Leister公司同步焊接法的衍生物——Novolas M(护层)新方法能够克服这些局限。Leister公司使用了照相所采用的传统胶片,固定不动的激光束可将物体上没被胶片层覆盖的那部分加热。其优点是,诸如圆形或圆锥型的复杂焊接几何形体可用这种方法焊接。

 

同步焊接和护层焊接的初始调整工作要比曲线焊接花费的时间长,但据说同步焊接在大规模生产中的成本比较低。Bielomatik公司采用的是称为“拟同步”的焊接方法,使用了70250W的固态NdYAG激光。据报道,Bielomatik公司的产品能够创造出0.1mm精细的焊缝。

 

Bielomatik公司的Laser-Tec QSLW装置已在欧洲交付或订购了20套,另外30套全球项目处于前期计划阶段。他的应用有:汽车进气管的发动机驱动机构、中央锁系统、汽车齿轮箱、气囊、油路及其引擎集成传感器。

 

拓展激光的使用范围

 

为了响应在激光焊接方面日益增长的需求,居于领先地位的材料供货商都在研究他们的材料在激光焊接过程中的使用情况。在吸收NIR材料方面,DupontTicona公司都报道说,普通碳黑可为多数热塑性塑料提供良好的吸收NIR能力。

 

激光焊接的材料单上尚有许多空白,如PPSPEEK、及LCP等高性能聚合物不能用做IR透过材料。

 

对于亮色-亮色(通常为全半透明和全白色)材料的焊接而言,由于两种材料都不能吸收NIR,因此也不能应用激光焊接,这对于透明度要求较高的医疗器械、包装以及日用品的焊接来说也是一种不利因素。

 

Dupont公司的一种黑色乙缩醛的透光率有38%,可用于激光焊接。该公司也有一种NIR透光率为25~55%、含30%玻璃的黑色尼龙6

 

来自Gentex Corp公司的新技术承诺通过消除对碳黑吸收NIR的依赖来扩大激光焊接的色谱。Gretex公司光处理部的市场开发经理L. P. Frieder宣称:“该项技术为不同颜色的透明、浅色、甚至是不透明部件的有效的激光焊接开辟了一条道路。”他解释说,Clearweld材料可以是无色的,但仍能吸收多数工业化二极管激光器发射出的940~1000激光。

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