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2023-04-20
除了傳統(tǒng)的焊接方法，塑料或聚合物的激光熔融工藝在許多行業(yè)已發(fā)展成為一種成熟的焊接手段。這種清洗工藝為用戶提供了許多優(yōu)勢，能夠促成敏感組件的熔融。聚合物的激光熔融是指將被焊接的組件進行交疊的傳輸工藝。如圖1所示，上面的連接部件輸送激光輻射后為下方的部件所吸收并軟化。熱量的傳遞也融化了上層，并且在部件之間形成了焊接點(力)。因此，待焊接的零部件的激光傳輸特性在這一激光熔融工藝中是很重要的。
在聚合物的激光熔融工藝中，上方的連接部件輸送激光輻射后為下方的部件所吸收并熔化。
通常用于聚合物熔融的二極管激光器發(fā)射的波長介于800 到1000納米之間。大多數(shù)非著色的熱聚合物在此波長范圍內(nèi)都具有良好的激光傳輸性能。
將一種諸如炭黑的吸收材料添加到基底材料中，而特殊的添加劑也可以被摻入到混合材料中。各種顏色組合(從透明到淺色)可能會吸收激光器的波長，或強烈吸收并同時能夠傳輸激光波長。
工藝優(yōu)勢
大多數(shù)的激光焊接方式在很大程度上能夠抗衡傳統(tǒng)的焊接手段，并提供了許多工藝優(yōu)勢。值得一提的是：其對接合區(qū)的能量輸入所展現(xiàn)的控制能力對許多裝配件和組件來說是一個顯著優(yōu)勢。典型的優(yōu)勢可概況如下：
● 真正的密封性;
● 小的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力;
● 穩(wěn)定、可靠和非常靈活的工藝流程;
● 完全不會產(chǎn)生顆粒和碎片;
● 形成內(nèi)部的防護性接縫;
● 少的熔體噴射;
● 無需額外的材料;
● 焊接點的質(zhì)量和耐久性都非常好。
質(zhì)量和過程控制
與其他連接手段一樣，激光熔融工藝中同樣也會面臨質(zhì)量控制問題。究竟如何在熔融過程中確認(rèn)品質(zhì)和/或?qū)⒑玫牟考牧淤|(zhì)部件中區(qū)分出來呢?究竟如何通過合適的質(zhì)量和過程控制手段來大程度降低不合格的零部件數(shù)量呢?
其中一種質(zhì)量評估方法(同樣也被用于其它焊接手段)是沿著設(shè)定好的激光熔融路徑來測定參數(shù)的變化。這種熔融路徑可以通過使用一款掃描振鏡圍繞固定、封閉的熔融路徑快速驅(qū)動激光束。
激光束朝著一個可程控的熔融輪廓迅速偏轉(zhuǎn)，該熔融輪廓幾乎同時熔化。通過使用一款機械夾持裝置輕輕將裝配組件壓貼在一起，熔融材料會塌縮到一個限定的距離，并且可以對其進行測量。如果熔融部分呈現(xiàn)出相容性以及可焊接性，那么可以將這種塌縮視為優(yōu)質(zhì)的焊接。如果該參數(shù)沒有得到滿足，那說明熔接縫可能不達標(biāo)，因而部件也可能成為次品被報廢。
另外一種評估激光熔融質(zhì)量的方法是在熔融工藝流程中使用一款遠(yuǎn)程高溫計來對熔融材料進行測定。配有集成式高溫計的加工頭能夠快速控制熔融溫度以及檢測熔融缺陷。激光熔融過程中采用溫度控制的優(yōu)點是顯而易見的，尤其當(dāng)焊接的零部件的光學(xué)性能顯示出一定的非均勻性時。通常，當(dāng)這些零部件采用玻璃纖維增強后會發(fā)生這種不均勻性。例如，使用自動激光功率控制可以抵消和彌補這些不均勻性，以保持所需溫度。
當(dāng)高溫計控制不能彌補有缺陷的焊接區(qū)時，便可能提示溫度信息的增加(例如，由部件被污染或兩個部件之間接觸不良或斷開接觸所引發(fā))。同樣地，當(dāng)沒有達到所需的熔融溫度時，高溫計將發(fā)揮檢測作用;(由于激光功率不足而導(dǎo)致)。如果超過軟件界定范圍的溫度上限值和下限值時，受到影響的零部件可能被視為不合格。
聚合物熔融
當(dāng)前，聚合物的激光熔融工藝已被越來越多地應(yīng)用在各種不同的行業(yè)中，并正在取代許多傳統(tǒng)的接合方式。例如，在醫(yī)療設(shè)備制造領(lǐng)域，潔凈度是絕對強制性的要求。
尤其需指出的是，激光熔融技術(shù)在汽車行業(yè)供應(yīng)鏈中已得到廣泛的認(rèn)可。汽車零部件往往配備了敏感的電子元件或操縱元件，并且含有液體。在這些或其它類似情況下，激光束的熔融便是可選擇的理想手段，將其與過程控制相結(jié)合，未來二極管激光器將持續(xù)滲入更多的應(yīng)用領(lǐng)域。
透明聚合物的熔融
近來，透明聚合物的熔融通常需要用到價格比較昂貴的特殊吸收劑并且向方程式添加工藝流程。然而，使用波長較高的激光器已經(jīng)在許多透明聚合物的熔融應(yīng)用中剔除了對吸收劑的需求。
波長更高的激光器被應(yīng)用在透明聚合物的熔融工藝中，這類激光器與聚合物的交互作用與傳統(tǒng)波長為800–1000nm的激光器是不同的。部分激光能量仍然通過一種透明的熱塑性材料進行傳輸，但是在此波長范圍，部件仍然產(chǎn)生輕微的吸收力。所吸收的能量足夠?qū)θ廴趨^(qū)的聚合物進行加熱并且產(chǎn)生所需的結(jié)果。
眾所周知，在激光行業(yè)中，激光能量會在被熔融的聚合物的每一個表面得到吸收。通常在這些應(yīng)用中，四個表面會發(fā)生吸收作用：其中包括上表面、兩個接合面以及下表面。由于接合界面是由多個平面構(gòu)成的，透明聚合物的焊接過程中發(fā)生的大部分吸收能夠為透明型的熱塑性塑料在不使用吸收添加劑的情況下實現(xiàn)高效熔融提供一個完美的環(huán)境。
