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塑料激光焊接的工藝要求
2012-12-21
1．激光的波長(zhǎng)
在金屬材料的激光焊接工藝中，一般采用YAG或者CO2激光作為光源，塑料焊接也不例外。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。
三者之中，由于易于獲得較大功率，前兩者在傳統(tǒng)的材料加工工業(yè)中的使用較為普遍；而由于塑料激光焊接對(duì)光源功率大小要求不高，但對(duì)可控性和易操作性要求較高，因此半導(dǎo)體激光在塑料焊接中也很有用武之地。
CO2、Nd:YAG和半導(dǎo)體激光三種光源的波長(zhǎng)、最大功率、最小聚焦直徑等參數(shù)的典型值如下所列：
1．CO2激光：波長(zhǎng)較長(zhǎng)，為10.6微米，屬遠(yuǎn)紅外波段，一般情況下塑料材料對(duì)這一波長(zhǎng)的吸收情況好。目前最大輸出功率達(dá)50kW，轉(zhuǎn)化效率約10％，最小聚焦直徑約0.2～0.7mm。焊接塑料時(shí)熱作用區(qū)深度較深，適合于需要焊接較厚的塑料材料。CO2激光不能用光纖傳輸，只能$&*透鏡反射鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建剛性傳輸光路，從而影響激光頭的操作性。
2．Nd:YAG激光：波長(zhǎng)較短，為1.06微米，屬近紅外區(qū)波長(zhǎng)，不易被塑料吸收。最大輸出功率6kW，轉(zhuǎn)化效率為3％，最小聚焦直徑0.1～0.5mm。Nd:YAG激光的特點(diǎn)是聚焦區(qū)域小，可以方便地通過(guò)光纖傳輸來(lái)構(gòu)建光路，可將激光頭裝到機(jī)器人手臂上，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的數(shù)控和精密自動(dòng)化；另一方面可以較好地透過(guò)上層的待焊接材料，到達(dá)下層待焊接材料或者中間層而被吸收，從而實(shí)現(xiàn)焊接。
激光焊接系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)軟件的作用是對(duì)激光頭的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、激光功率等一般性的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化控制，以達(dá)到提高加工速度和精度、改善加工質(zhì)量的目的，這些與傳統(tǒng)的激光加工中的軟件控制并沒(méi)有什么不同，但由于塑料激光焊接中吸收劑的特殊作用，塑料激光焊接控制系統(tǒng)和加工系統(tǒng)又有其自身的特色。
英國(guó)TWI研究所結(jié)合其ClearWeld塑料焊接工藝，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了計(jì)算預(yù)測(cè)吸收劑用量及用法的軟件。根據(jù)不同材料的厚度、顏色、吸收比率等，結(jié)合激光器的功率、光波透過(guò)率等參數(shù)，在焊接前用軟件計(jì)算吸收劑的用量和添加方法，再根據(jù)預(yù)測(cè)的用量添加吸收劑。
可見(jiàn)，軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果非常接近。由于塑料激光焊接的規(guī)律性較強(qiáng)，有較好的可預(yù)測(cè)性，因此，采用軟件計(jì)算篩選方法預(yù)測(cè)結(jié)果是非常有效和可行的
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