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　　一、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。

　　二、塑料材料

　　能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料。理論上，所有熱塑性塑料都能夠被激光焊接。

　　塑料激光焊接技術(shù)對(duì)被焊接塑料的要求為：在熱作用區(qū)內(nèi)的材料，要求對(duì)激光光波的吸收性好;不屬于熱作用區(qū)部分的材料，則要求對(duì)光波的透過(guò)性好，尤其在對(duì)兩件 薄塑料件進(jìn)行疊焊時(shí)更是如此。一般向熱作用區(qū)塑料中添加吸收劑可以達(dá)到目的。目前能夠使用激光焊接的單種成分塑料包括：

　　PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂(有機(jī)玻璃)，PC塑料，ABS塑料, LDPE-低密度聚乙烯塑料，HDPE-高密度聚乙烯塑料，PVC-聚氯乙稀塑料，Nylon 6-尼龍6，Nylon 66-尼龍66，PS-PS樹(shù)脂，等等。

　　上述各種塑料制成的塑料件，如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡膠、纖維甚至紡織物都可以作為被焊接的對(duì)象。由于激光焊接具有傳統(tǒng)焊接不具備的熱作用區(qū)小容易的特點(diǎn)，因此上述各種單體材料之間也可以進(jìn)行焊接。

　　三、吸收劑

　　吸收劑的應(yīng)用是塑料激光焊接工藝中非常重要的工藝。如前所述，塑料激光焊接的本質(zhì)是將熱作用區(qū)的待焊接塑料融化，隨后冷卻自然實(shí)現(xiàn)塑料件的接合。讓塑料融化需要使塑料件吸收足夠的激光能量。塑料自身能夠以較高吸收率吸收激光能量，但一般在不添加吸收劑的情況下，塑料對(duì)光波的吸收性不是很好，吸收效率很低，融化效率不理想。

　　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。一些其他顏色的染料也能夠起到相同的吸收光波的效果。

　　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。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。TWI研制出的對(duì)可見(jiàn)光透明的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。

　　很多情況下，塑料焊接要求成品美觀，因此相比碳黑，對(duì)可見(jiàn)光透明的染料吸收劑非常受青睞。

　　添加吸收劑的方法有3種：一是直接向待焊接材料中滲入吸收劑，這樣應(yīng)該將滲過(guò)吸收劑的塑料件放在下面，而把沒(méi)有滲吸收劑的塑料件放在上面，讓激光光波通過(guò); 二是向塑料件待焊接的表面滲吸收劑，這樣只有被滲透了吸收劑的一部分塑料將成為熱作用區(qū)而被融化;三是在兩塊待焊接塑料件的接觸處噴涂上或者印刷上吸收 劑。

　　四、其他參數(shù)

　　與金屬焊接不同，塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大，塑料件上的熱作用區(qū)就越大、越深，將導(dǎo)致材料過(guò)熱、變形、甚至損壞。應(yīng)該根據(jù)需要融化的深度來(lái)選擇激光功率。

　　塑料激光焊接的速度比較快，一般得到1mm厚焊縫的焊接速度可達(dá)20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜，高速度可以達(dá)到750m/min。

　　五、軟件

　　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(laser oem)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。

　　提供給軟件的輸入數(shù)據(jù)包括：塑料材料特性：種類、厚度、顏色;焊接數(shù)據(jù)：焊接區(qū)域形狀復(fù)雜程度、寬度、焊接速度;激光器特性：功率、紅外光透過(guò)率等。

　　經(jīng)過(guò)計(jì)算和篩選，軟件給出的輸出結(jié)果包括：吸收劑種類、用量及要求的添加方式的列表，焊接過(guò)程中激光光波在上層材料中的能量損失。

　　軟件的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接測(cè)量的結(jié)果很接近，圖6為焊接后生成的熱影響區(qū)(HAZ)大小的計(jì)算值和實(shí)際測(cè)量值的對(duì)比，所用塑料材料為PMMA。

　　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。