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      半導體激光器 激光切割 激光器
      工業應用
      功率與速度的最佳配合下 980nm半導體激光器成為塑料焊接利器
      材料來源:ACT激光聚匯           錄入時間:2024/3/27 21:53:40

      文/納飛光電

      塑料廣泛應用于各個工業領域,工業生產對塑料的需求量已經逐步接近甚至超過了鋼鐵材料。特別是在電子制造、醫療、食品包裝、汽車等行業,塑料已經成為不可或缺的關鍵材料之一,生產中對各個塑料零部件的精準、高強度連接需求,也在隨著塑料的大量使用而日益增多。

      圖1:焊接汽車塑料件。

      塑料件連接工藝的選擇,對塑料制品的最終應用有著重要影響。傳統的塑料連接工藝有螺紋連接、膠黏連接、插入連接、壓合連接等,以及以熱板焊接、超聲波焊接為代表的熔融連接。這些結合方式的優點是操作簡單、連接方便,適用性強;但缺點也比較明顯,比如有特定形狀要求,連接強度相對較低,在面對三維幾何形狀、中空等復雜不規則圖形,以及大型零部件,乃至連接后對氣密性有一定要求的塑料件,可操作空間小,效率較低。

      圖2:焊接白色結構件。

      與此同時,在追求產品創新與品質提升的現代工業領域,對焊接質量的要求越來越高。隨著激光技術的發展,也推動了塑料焊接工藝的逐步應用,激光塑料焊接技術成為一個重要的發展方向,正逐漸成為連接材料的新寵,常用于白色家用電器塑料件、汽車塑料件等部件的焊接。

      激光塑料焊接原理

      激光塑料焊接又稱為激光透光焊接,要求上層塑料工件透光率高,下層工件則能吸收激光能量,因此當前主流焊接的對象為“透明塑料+黑色塑料”、“透明塑料+透明塑料”的組合方式。

      由于大部分透明塑料對800nm~1100nm波段的光透過率較高,吸收小,基于此納飛光電推出了980nm半導體激光器,其在緊湊的結構中集成了高精度控制系統,使用方便。其利用先進的半導體激光技術,輸出中心波長為980nm的近紅外激光,該波長的激光能量能穿透透明或半透明塑料表面,被下層吸收并轉化為熱能,可用于實施精準高效的塑料焊接。該激光器具有較高的電光轉換效率,提供連續激光輸出,功率級別可以根據焊接工藝需求選擇,范圍可以從數瓦至數百瓦調節輸出,使其可兼顧大面積、高速度的塑料組件焊接作業。

      激光塑料焊接實際應用中除了包括激光器本體,還需要搭配焊接頭以及焊接夾具等。使用980nm半導體激光器進行塑料焊接時,先將兩個待焊接零部件借助夾具裝配在一起,焊接的基本原理是焊接頭輸出的激光束透過上層透明塑料,在程序控制下精確投射到下層塑料件的待焊接區;下層塑料在吸收高度聚焦的激光能量后熔融,并使上下兩層塑料件接觸面熱交換充分熔化并結合在一起,在一定外力輔助下,冷卻后形成焊縫,完成最終焊接。

      圖3:焊接電路板塑料結構件。

      同時,借助專用的控制系統,可以實現透射焊接過程中的精確熱量控制和局部加熱,焊接質量一致,避免對周邊材料造成不良影響,廣泛應用于汽車零部件、醫療器械、電子元件等行業中的精密塑料部件焊接。

      PC+ABS塑料焊接測試

      實際操作中,為了保證焊縫質量和足夠的熔融深度,還需要綜合考慮焊接速度與激光功率的關系,找到最優的工藝窗口。

      以焊接PC、ABS塑料進行測試,先將兩種塑料件置于載具疊放,并使用夾具施加壓力夾緊。

      調整激光輸出功率到300W、焊接速度設定為20mm/s時(最大可達10000mm/s),兩層塑料焊接成功,焊縫融合均勻,焊縫寬度適中,密封性好,經拉力測試強度達到要求。

      激光輸出功率保持300W不變,當焊接速度降低調整到10mm/s時,兩層塑料焊接成功,焊縫融合均勻,焊縫較寬,密封性好;但由于熔池溫度過高,可能導致其中部分材料分解,從而致使焊接強度降低。

      而當功率調整到200W,焊接速度設定為20mm/s時,焊縫寬度適中,融合情況良好,密封性好,拉力測試強度低于高功率時焊接的強度。

      激光焊接優勢

      激光焊接與熔融結合的工藝類似,但前者的優勢更為明顯:

      首先,精準度高,激光的光斑小且高度均勻性,能夠精確地對準更微小的焊接部位,能夠迅速將激光能量轉化為焊接所需的能量,實現精密焊接,并能大幅度提升焊接效率。結合專業設計的焊接頭,能夠確保激光能量在焊接區域得到充分吸收,保證焊接處的強度。

      其次,熱影響區小,能夠在焊接過程中避免對塑料表面造成熱損傷,保持了材料的透明性和光潔度。這使得透光焊接后的產品既保持了原有的外觀特性,又增強了結構的穩固性。

      第三,解決了傳統焊接方式在焊接速度和焊接質量之間的矛盾,能在短時間內完成大面積焊接,大大提高了生產效率。一個原本需要數小時的焊接作業,現在只需幾分鐘或幾十分鐘就能輕松完成,節省了大量的時間和成本。

      此外,非接觸式的焊接作業,避免了傳統連接方式產生的機械應力和振動,保護了塑料表面的完整性,也保證了焊縫的精密性,材料間的連接更加緊密可靠,密封性極佳,滿足了防水、防塵等高標準的產品要求。

      圖4:焊接汽車塑料件。

      小結

      目前,980nm半導體激光器已經展現了強勁的市場潛力和應用價值,是塑料焊接的利器,尤其是在汽車塑料焊接方面,帶來了實現高效、穩定的焊接效果。在內飾焊接中,可用于儀表盤、中控臺等的焊接;在外飾件焊接中,可輕松勝任車門把手、車燈等的焊接;在汽車電子零部件焊接方面,980nm半導體激光器同樣表現出色,可用于諸多電子元器件的塑料焊接,顯著提高連接強度和密封性,確保了各個零部件的穩定性和可靠性。未來,隨著功能的不斷開發,980nm產品還將迎來更為廣泛的應用。


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