目前塑料焊接使用較多的方法有超聲波焊接、熱板焊接、振動(dòng)摩擦焊接、激光焊接等。激光焊接作為一種非接觸焊接技術(shù)，與其他焊接方法相比，具有非接觸、不透氣、不漏水、快速高效、精度高、焊縫美觀、產(chǎn)品外形無(wú)限制、易控制、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)焊接的趨勢(shì)。
圖1 激光焊接的示意圖
激光焊接的原理是兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起，通過(guò)反射鏡、透鏡或光纖組成的光路系統(tǒng)，將激光器產(chǎn)生的光束聚焦于兩種聚合物制品，其中一種聚合物制品對(duì)于近紅外激光是透射的，另一種聚合物制品吸收激光，吸收激光能量的制品將光能轉(zhuǎn)為為熱能，在塑料的接觸面熔化，同時(shí)熱也傳導(dǎo)到透射近紅外光線的制品表面，形成熔化區(qū)。在夾緊力的作用下，熔化區(qū)域產(chǎn)生分子間的混合，冷卻后形成焊縫。
一、激光焊接的光源
在激光焊接工藝中，一般采用YAG或者CO2激光作為光源。隨著半導(dǎo)體材料工業(yè)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體激光作為光源也漸漸得到了應(yīng)用。各種光源焊接的特點(diǎn)如表1所示：
表1 各種光源激光焊接的特點(diǎn)
二、激光焊接用的材料
汽車上目前多采用YAG激光作為激光焊接的光源，特別是在車燈焊接應(yīng)用中。此激光的波長(zhǎng)屬于近紅外光區(qū)域，通常塑料在此區(qū)域內(nèi)吸收性不是很好，吸收效率低，熔融情況差。需要在塑料中添加近紅外光吸收劑來(lái)提供材料對(duì)激光的吸收。通常理想的吸收劑是碳黑，碳黑能夠?qū)⒓t外波長(zhǎng)的激光能量基本全部吸收，從而大大提高塑料的熱吸收效果，使得熱作用區(qū)的材料融化更快、效果更好。
但是炭黑的使用限制了材料的顏色，影響了使用。碳黑在吸收紅外波段的激光光波的同時(shí)，也吸收可見(jiàn)光波，這也是碳黑看起來(lái)為黑色的原因，用碳黑作吸收劑會(huì)使激光焊接焊縫顏色變深，與母材顏色不同。英國(guó)焊接學(xué)會(huì)(TWI，The Welding Institute)研制出了一種對(duì)可見(jiàn)光透明的染料。用這種染料做吸收劑，可以得到透明的塑料焊縫。這種染料只吸收紅外波段的電磁波，不吸收可見(jiàn)光，因此看起來(lái)焊縫仍然是透明的。除了染料，也可以通過(guò)添加金、氧化鎢等復(fù)合納米材料通過(guò)表面等離子體共振吸收效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)近紅外光的吸收。
激光焊接作為一種非接觸、快速美觀的焊接方式，將成為未來(lái)塑料焊接的發(fā)展趨勢(shì)，因此國(guó)內(nèi)外一些材料廠家開(kāi)始開(kāi)發(fā)適合激光焊接的材料。Sabic公司在專利CN101868495A中提到通過(guò)添加近紅外光吸收劑，開(kāi)發(fā)適合激光焊接的熱塑性材料。錦湖日麗和某激光焊接公司合作開(kāi)發(fā)了適合激光焊接用的PC/ABS材料。通過(guò)添加特殊的激光吸收劑，材料的顏色不局限于黑色，可以制備多種顏色豐富的適合激光焊接用的PC/ABS材料。吸收紅外光效率高，易焊接，與PMMA的焊接強(qiáng)度高，焊縫美觀，適用于車燈焊接等汽車領(lǐng)域使用。
隨著激光光源的發(fā)展和激光焊接專用材料的開(kāi)發(fā)，激光焊接將成為未來(lái)塑料焊接的趨勢(shì)，更多的應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。
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