激光頭焊接由于具有局部加熱，精密加工和非接觸加熱的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械的各個(gè)領(lǐng)域。

與其他常用的焊接技術(shù)相比，激光頭焊接技術(shù)幾乎不會(huì)產(chǎn)生焊渣和碎屑，焊接過(guò)程中不需要添加粘合劑，因此整個(gè)焊接工作可以在潔凈室內(nèi)完成。激光頭焊接技術(shù)極大地促進(jìn)了醫(yī)療器械的發(fā)展，例如有源植入式醫(yī)療器械的外殼封裝，心臟支架的不透射線標(biāo)記，耳垢保護(hù)器，球囊導(dǎo)管等等離不開(kāi)激光焊接的使用。

一、塑料激光頭焊接原理

激光頭焊接是使用高能量密度激光束作為熱源的焊接方法。換句話說(shuō)，激光頭輻射加熱工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)擴(kuò)散到工件中，熔化工件并形成特定的熔池。如下圖所示，激光束穿過(guò)上部透明材料，然后被下部材料吸收。在激光能量被吸收后，它被轉(zhuǎn)換成熱能。當(dāng)將兩種材料壓在一起時(shí)，熱能從吸收層傳導(dǎo)到透明層，熔化并粘合兩種材料。

同時(shí)，由于材料本身的熱膨脹和膨脹而產(chǎn)生內(nèi)部壓力，并且內(nèi)部壓力和外部壓力的組合作用確保了兩個(gè)部件的牢固焊接。以上兩個(gè)圖直觀地說(shuō)明了塑料激光焊接頭的焊接原理和過(guò)程。

可見(jiàn)激光頭光束能量必須被塑料吸收才能達(dá)到良好的焊接效果，因此塑料激光焊接頭焊接一般采用半導(dǎo)體激光器。此外，并非所有塑料都可以激光焊接頭焊接。塑料可分為熱固性和熱塑性。熱固性塑料不具有重復(fù)的可成形性并且不能焊接。熱固性塑料在再加熱后熔化（即它們可以使用加熱和冷卻可逆地改變），這是所謂的物理變化，因此具有可焊性。

二、塑料激光焊接工藝

1.波長(zhǎng)激光

二極管激光器或半導(dǎo)體激光器通常用于塑料焊接工藝中。光束位于波長(zhǎng)為400~1,100μm的近紅外區(qū)域，可以通過(guò)光纖傳輸。該范圍內(nèi)的激光束可被大多數(shù)塑料吸收。二極管激光焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，激光器可以達(dá)到更高的功率水平。激光波長(zhǎng)可根據(jù)特殊要求設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)為808~980μm。半導(dǎo)體激光器具有投資成本低，體積小，效率高的優(yōu)點(diǎn)。

2.塑料材料

熱塑性塑料包括無(wú)定形塑料和半結(jié)晶塑料。可以激光焊接的塑料都是熱塑性塑料。理論上，所有熱塑性塑料都可以激光焊接。

塑料激光焊接技術(shù)對(duì)焊接塑料的要求如下：熱影響區(qū)的材料需要良好的激光吸收;不屬于熱影響區(qū)的材料需要良好的光波傳輸，特別是在焊接兩個(gè)薄塑料部件時(shí)。通常，這可以通過(guò)在熱影響區(qū)中向塑料中添加吸收劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.吸水性

吸收劑的應(yīng)用是塑料激光焊接中非常重要的過(guò)程。塑料激光焊接的本質(zhì)是在熱影響區(qū)熔化待焊接的塑料，然后將其冷卻，自然地實(shí)現(xiàn)塑料部件的連接。熔化塑料需要塑料部件吸收足夠的激光能量。

一般來(lái)說(shuō)，理想的吸收劑是炭黑，它可以吸收幾乎所有紅外波長(zhǎng)的激光能量，從而大大提高塑料的吸熱效果，更快地熔化熱影響區(qū)域的材料，達(dá)到更好的效果。一些其他顏色的染料也可以具有吸收光波的相同效果。

有三種方法可以添加吸收劑

首先，吸收劑直接滲透到待焊接的材料中，因此滲透有吸收劑的塑料部件應(yīng)放置在下方，而未被吸收劑滲透的塑料部件應(yīng)置于上方以允許激光波通過(guò)。

第二種，將吸收劑滲透到待焊接的塑料部件的表面中，使得僅滲透有吸收劑的塑料的一部分將成為熱影響區(qū)并被熔化。

第三種，在兩個(gè)待焊接的塑料部件的接觸處噴涂或印刷吸收劑。

4.個(gè)其他參數(shù)

與金屬焊接不同，塑料激光焊接頭焊接不需要盡可能多的激光頭功率。焊接激光頭功率越高，塑料部件上的熱作用區(qū)域越大越深，這將導(dǎo)致材料過(guò)熱，變形甚至損壞。應(yīng)根據(jù)所需的熔化深度選擇激光頭功率。

塑料激光焊接頭焊接速度相對(duì)較快。一般來(lái)說(shuō)，1mm厚焊縫的焊接速度可達(dá)20m / min。然而，高功率CO2激光器可用于以750m / min的最大速度焊接塑料薄膜。

三、在醫(yī)療器械中的應(yīng)用

隨著塑料材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，新的塑料生產(chǎn)和加工技術(shù)相繼出現(xiàn)，激光焊接作為其中之一，由于其無(wú)污染，無(wú)接觸和無(wú)縫連接的優(yōu)點(diǎn)，該行業(yè)受到廣泛關(guān)注。

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