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976nm半导体激光器将成为塑料焊接利器

塑料广泛应用于各个工业领城,工业生产对塑料的需求量已经逐步接近甚至超过了钢铁材料。特别是在电子制造、医疗、食品包装、汽车等行业,塑料已经成为不可或缺的关键材料之一,生产中对各个塑料零部件的精准、高强度连接需 求,也在随着塑料的大量使用而日益增多。

各种塑料件通过激光焊接案例图示

塑料件连接工艺的选择,对塑料制品的最终应用有着重要影响。传统的塑料连接工艺有螺纹连接、胶黏连接、插入连接、压合连接等,以及以热板焊接、超声波焊接为代表的熔融连接。这些结合方式的优点是操作简单、连接方便,适用性强但缺点也比较明显,比如有特定形状要求,连接强度相对较低,在面对三维几何形状、中空等复杂不规则图形,以及大型零部件,乃至连接后对气密性有一定要求的塑料件,可操作空间小,效率较低。

与此同时,在追求产品创新与品质提升的现代工业领域,对焊接质量的要求越来越高。随着激光技术的发展,也推动了塑料焊接工艺的逐步应用,激光塑料焊接技术成为一个重要的发展方向,正逐渐成为连接材料的新宠,常用于白色家用电器塑料件、汽车塑料件等部件的焊接。

激光塑料焊接原理

激光塑料焊接又称为激光透光焊接,要求上层塑料工件透光率高,下层工件则能吸收激光能量,因此当前主流焊接的对象为“透明塑料+黑色塑料”、“透明塑料+透明塑料”的组合方式。

由于大部分透明塑料对800nm~1100nm波段的光透过率较高,吸收小,基于此奥莱光电推出了976nm半导体激光器,其在紧凑的结构中集成了高精度控制系统,使用方便。其利用先进的半导体激光技术,输出中心波长为976nm的近红外激光,该波长的激光能量能穿透透明或半透明塑料表面,被下层吸收并转化为热能,可用于实施精准高效的塑料焊接。该激光器具有较高的电光转换效率,提供连续激光输出,功率级别可以根据焊接工艺需求选择,范围可以从数瓦至数百瓦调节输出,使其可兼顾大面积、高速度的塑料组件焊接作业。

奥莱光电976水冷/风冷恒温半导体激光器图示

激光塑料焊接实际应用中除了包括激光器本体,还需要搭配焊接头以及焊接夹具等。使用976nm半导体激光器进行塑料焊接时,先将两个待焊接零部件借助夹具装配在一起,焊接的基本原理是焊接头输出的激光束透过上层透明塑料,在程序控制下精确投射到下层塑料件的待焊接区;下层塑料在吸收高度聚焦的激光能量后熔融,并使上下两层塑料件接触面热交换充分熔化并结合在一起,在一定外力辅助下,冷却后形成焊缝,完成最终焊接。

奥莱光电自主研发976nm恒温半导体激光器专用于激光锡焊塑料焊接领域,PID算法响应速度快(15μs),不易烧毁焊点。激光器内置温度闭环反馈系统,通过红外传感器对加热点的温度实施监测并实时调控,让加工点温度恒定在一个设定的温度来焊接。根据客户需求有风冷/水冷可选,输出功率有10W,100W,200W,300W,500W。

同时,借助专用的控制系统,可以实现透射焊接过程中的精确热量控制和局部加热,焊接质量一致,避免对周边材料造成不良影响,广泛应用于汽车零部件、医疗器械、电子元件等行业中的精密塑料部件焊接。

PC+ABS塑料焊接测试

976nm同轴测温单聚焦焊接头图示

实际操作中,为了保证焊缝质量和足够的熔融深度,还需要综合考虑焊接速度与激光功率的关系,找到最优的工艺窗口。

以焊接 PC、ABS塑料进行测试,先将两种塑料件置于载具叠放,并使用夹具施加压力夹紧。

调整激光输出功率到300W、焊接速度设定为20mm/s时(最大可达10000mm/s),两层塑料焊接成功,焊缝融合均匀,焊缝宽度适中,密封性好,经拉力测试强度达到要求。

激光输出功率保持300W不变,当焊接速度降低调整到10mm/s时,两层塑料焊接成功,焊缝融合均匀,焊缝较宽,密封性好;但由于熔池温度过高,可能导致其中部分材料分解,从而致使焊接强度降低。

而当功率调整到200W,焊接速度设定为20mm/s时,焊缝宽度适中,融合情况良好,密封性好,拉力测试强度低于高功率时焊接的强度。

激光焊接优势

激光焊接与熔融结合的工艺类似,但前者的优势更为明显:

一体化振镜扫描塑料焊接加工系统

首先,精准度高,激光的光斑小且高度均匀性,能够精确地对准更微小的焊接部位,能够迅速将激光能量转化为焊接所需的能量,实现精密焊接,并能大幅度提升焊接效率。结合专业设计的焊接头,能够确保激光能量在焊接区域得到充分吸收,保证焊接处的强度。

其次,热影响区小,能够在焊接过程中避免对塑料表而造成热损伤,保持了材料的透明性和光洁度。这使得透光焊接后的产品既保持了原有的外观特性,又增强了结构的稳固性。

第三,解决了传统焊接方式在焊接速度和焊接质量之间的矛盾,能在短时间内完成大面积焊接,大大提高了生产效率。一个原本需要数小时的焊接作业,现在只需几分钟或几十分钟就能轻松完成,节省了大量的时间和成本。

此外,非接触式的焊接作业,避免了传统连接方式产生的机械应力和振动,保护了塑料表面的完整性,也保证了焊缝的精密性,材料问的连接更加紧密可靠,密封性极佳,满足了防水、防尘等高标准的产品要求。

小结

目前,976nm 半导体激光器已经展现了强劲的市场潜力和应用价值,是塑料焊接的利器,尤其是在汽车塑料焊接方面,带来了实现高效、稳定的焊接效果。在内饰焊接中,可用于仪表盘、中控台等的焊接,在外饰件焊接中,可轻松胜任车门把手、车灯等的焊接,在汽车电子零部件焊接方面,976nm半导体激光器同样表现出色,可用于诸多电子元器件的塑料焊接,显著提高连接强度和密封性,确保了各个零部件的稳定性和可靠性。未来,随着功能的不断开发,976nm产品还将迎来更为广泛的应用。

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