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干货 | 塑胶件紧固工艺之五:激光焊接

更新时间  2022-06-12 22:01 阅读
本文摘要:关于作者:钟元,2011年出书书籍《面向制造和装配的产物设计指南》(DFMA)。2019年12月即将出书《面向成本的产物设计:降本设计之道》(DFC)。 关注头条号或微信号“降本设计”,获取更多原创产物设计知识和理念!“降本设计”专注于面向制造和装配的产物设计(DFMA)、面向成本的产物设计(DFC)等产物设计知识和理念分享,资助工程师发展和提高技术,资助企业降低产物成本。

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关于作者:钟元,2011年出书书籍《面向制造和装配的产物设计指南》(DFMA)。2019年12月即将出书《面向成本的产物设计:降本设计之道》(DFC)。

关注头条号或微信号“降本设计”,获取更多原创产物设计知识和理念!“降本设计”专注于面向制造和装配的产物设计(DFMA)、面向成本的产物设计(DFC)等产物设计知识和理念分享,资助工程师发展和提高技术,资助企业降低产物成本。1. 塑料激光焊接1.1 塑料激光焊接的原理激光焊接的原理是两个塑胶件在较低压力下被夹紧在一起,将激光束聚焦于两个塑胶件至上,其中上层塑胶件对于红外激光是穿透的,下层塑胶件吸收激光,吸收激光能量的塑胶件将光能转化为热能,在塑胶件的接触面熔化,同时热也传导到上层塑胶件,形成熔化区。在夹紧力的作用下,熔化区域发生分子间的混淆,冷却后形成焊缝,从而把两个塑胶件紧固成一体。

1.2 激光焊接的光源塑料激光焊接工艺中,一般接纳YAG或者CO2激光作为光源。随着半导体质料工业的快速生长,半导体激光作为光源也徐徐获得了应用。

CO2激光:特点:波长为10.6微米,最小聚焦直径约0.2-0.7毫米;优点:塑料对此波长的激光吸收好;缺点:不能用光纤传输,激秃顶的操作性差;适合场所:焊接塑料时热作用区较深,适合需要焊接较厚的塑料质料;YAG激光:特点:波长1.06微米,属近红外区波长,最小聚焦直径0.1-0.5mm;优点:聚焦区域小,可通过光纤传输来构建光路,可将激秃顶装到机械人手臂上,实现焊接历程的数控和细密自动化;适合场所:较好的透过上层待焊塑料,到达下层待焊接质料或中间层而被吸收,从而实现焊接,汽车车灯的激光焊接常用此光源;半导体激光特点:波长0.8-1.0微米,最小聚焦直径为0.5mm;优点:能量转换效率高,易于实现激光器的小型化和便携化;缺点:输出功率小;适合场所:适用于焊接激光功率要求较低的场所1.3 激光焊接的方法常见的激光焊接的方法包罗以下几种:轮廓焊接轮廓焊接是最简朴,现在使用最广的焊接流程。在焊接时激光束通过光学系统和振镜在被焊接的物体上移动或者激光束静止而被焊接物体移动。激光与被焊接物体之间的相互作用时间取决于光束焦点尺寸和移动速度,既而影响焊接时间和效果。

轮廓焊接是一种很是灵活的焊接流程,可实现庞大的三维焊接,在包装行业里有广泛的应用。同步焊接在同步焊接中激光束同时照射焊接区域,从而显着淘汰了焊接处置惩罚时间,并允许搭桥焊接具有大漏洞的两个相邻部件。

与轮廓焊接相比由于更长的激光作用时间使通过同步焊接方法焊接的部位越发牢靠放射状焊接经由高速扫描电机定位后的激光束,再由圆锥型镜面二次反射,可形成对圆柱状外貌圆周线状的焊接。按电机扫描的速度快慢水平,可划分作顺序型周线焊接或准同步焊接。零件的紧配配合确保了焊接加工所需要的嵌位压力,而零件在焊接历程中无须移动。

掩模焊接掩模焊接是一种借助掩模,基于轮廓焊接或着同步焊接方法的流程,其原理与芯片制造上的光刻技术相似。这种流程主要使用在庞大的几何焊接图案上,最小接缝宽度大于100μm。掩模往往是由薄片或金属化的玻璃制成。

由于制作掩模比力繁琐,所做的掩模只针对一个焊接几何图案,所以掩模焊接往往缺乏灵活性,但适合大批量的焊接加工。Globo焊接Globo焊接是沿着产物的轮廓周线举行焊接的。激光束经由气垫式,可无摩擦任意转动的玻璃球点状式的聚焦于焊接界面,该玻璃球不仅仅举行聚焦而且也充当机械夹紧夹具。当该球在外貌上转动时,为接合面提供了连续压力。

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这就确保了在激光加热质料的同时有压力夹紧。该玻璃球取代了机械夹具,同时扩大了激光焊接在一连三维焊接中的应用规模。1.4 激光焊接的优缺点激光焊接的优点:焊接高强度焊接部件上的热应力和其它应力被降至最低简朴的焊缝形状无振动加工理想的焊缝、完美的外观洁净、清洁、无粉末和杂质发生高精度非接触式可到达气密、真空密封的效果无工具磨损无需耗材(黏合剂、紧固件)等、维护用度低自动化激光焊接产量高激光焊接的缺点:设备投资高1.5 激光焊接的应用塑料激光焊接技术的应用较广,典型应用领域包罗:医疗器械某些特殊用途的医用塑料器械产物,其形状和产物结构组成要求必须用焊接的方法;包装工业例如高级工业制制品的包装,接纳塑料薄膜焊接技术,可以获得加工高速、接缝可靠、外表雅观的塑料包装。

塑料质外包装质料的激光焊接毗连。塑料质料为热塑性塑料和人造橡胶。

汽车零部件当今汽车车身的大趋势是力图减轻其重量,因此塑料、树脂、特种玻璃等质料在汽车上获得了越来越广泛的应用。而焊接是其中必不行少的工艺,激光焊接又是所有焊接工艺中较传统工艺优势最大、技术成熟、成底细对最低的一种。因此,激光焊接热塑性塑料、合成树脂、合成橡胶,以及一些特种玻璃等车用质料在汽车工业中应用较多。

电子器件产物封装电子器件产物的封装技术对于焊接情况和工艺的要求很是严格,例如低灰尘量、低热量、无强震动,封装精度高、接缝可靠耐用、外表雅观等。封装用的质料很大一部门就是塑料,因此塑料激光焊接同样有很大的应用空间。纺织品激光焊接纺织品可以被称作激光缝合。

其接缝牢靠可靠、加工速度快的优点很是适合缝合纺织品。一些防水服装装备和要求气密性的装备,都可以使用激光焊接来加工。2. 激光焊接的塑料和颜色2.1 激光焊接对塑料要求能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。

 塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:上层塑胶件质料,则要求对光波的透过性好;下层塑胶件质料,要求对激光光波的吸收性好;尤其在对两件薄塑料件举行叠焊时更是如此。激光对热塑性质料的焊接主要是接纳激光透射焊接的方法。

此方法对被焊接的两种质料性质有一定的要求,也就是上面的热塑层对接纳的激光波长是透明的,而下面的热塑层能吸收激光能量。激光束透过透明的上层质料到达下层质料,下层质料的外貌因吸收激光能量而熔化,此时在一定的压力下两种质料通太过子联接而被焊接在一起。由于激光是非机械接触的聚焦在下层质料的外貌,激光引起的热效应是局域的,所以此方法可制止对被焊接质料的机械和热损伤。现在热塑质料总加工的20%左右是基于激光焊接的。

吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中很是重要的工艺。如前所述,塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸收率吸收激光能量自然最好,但一般在不添加吸收剂的情况下,塑料对光波的吸收性不是很好,吸收效率很低,融化效率不理想。

  通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的质料融化更快、效果更好。一些其他颜色的染料也能够起到相同的吸收光波的效果添加吸收剂的方法有3种:一是直接向待焊接质料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊接的外貌渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部门塑料将成为热作用区而被融化;三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。

2.2 塑料的激光焊接兼容性并不是所有热塑性塑料都能兼容、焊接在一起。塑料的激光焊接兼容性如图所示。2.3 激光焊接的塑胶件颜色塑料激光焊接中的一个重要课题就是两个被焊接塑胶件的颜色搭配,这是由所接纳的激光透射焊接的原理所决议的。

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下图显示了因质料颜色的差别而造成的焊接难易水平。其中透明+玄色最容易举行焊接。而随着激光焊接技术的生长,白色+白色的激光焊接已经成为可能。

3. 塑胶件的激光焊接结构设计3.1 激光焊接结构塑胶件的激光焊接结构大致包罗三种:搭接型、T型和圆周型。(搭接型)(T型)(圆周型)而对接的方式则不行取。(对接)3.2 激光焊接的其它注意事项同塑胶件的超声波焊接一样,在焊接之前两个零件之间需要先使用定位特征举行定位。(使用定位特征)另外,在设计塑胶件结构时,需要思量激光束的可达性。

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关于作者:钟元,2011年出书书籍《面向制造和装配的产物设计指南》(DFMA)。2019年12月即将出书《面向成本的产物设计:降本设计之道》(DFC)。

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