塑料產(chǎn)品的徑向?qū)ΨQ焊接離不開激光焊接頭
徑向?qū)ΨQ塑料部件的激光焊接頭焊接是塑料連接技術(shù)最有效的方法之一。該技術(shù)在清潔度和精度方面具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)可行性。
近年來，激光塑料焊接的應(yīng)用逐漸增多，特別是在汽車電子，醫(yī)療技術(shù)和家用電器中。一方面，激光焊接頭焊接有其自身的技術(shù)優(yōu)勢;另一方面，它受益于汽車相關(guān)行業(yè)不斷創(chuàng)新的需求和產(chǎn)品成本控制的壓力。因此，汽車行業(yè)供應(yīng)商一直在尋找更多創(chuàng)新技術(shù)，以更低的成本為客戶提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)。
激光塑料焊接有自己的工藝特點(diǎn)，如加工靈活，工藝控制方便，非接觸加工，加工面積控制準(zhǔn)確，熱影響區(qū)小，焊接部位應(yīng)力小。因此，激光頭塑料焊接可以充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，不斷優(yōu)化和調(diào)整生產(chǎn)工藝。此外，與其他焊接方法相比，激光頭塑料焊接是一種完全無磨損的工藝。激光頭塑料焊接是焊接具有敏感元件和高強(qiáng)度焊接要求的產(chǎn)品的最佳選擇，特別是對于具有清潔和無塵要求的產(chǎn)品。
基本原理
目前，激光頭塑料焊接主要是通透式焊接。一般而言，補(bǔ)充有不同添加劑或不同濃度的添加劑的塑料部件將導(dǎo)致不同的激光穿透率。在激光焊接頭焊接過程中，待焊接的兩個部分相互重疊，激光束穿透上層具有較高透射率的材料，并聚焦在下層的激光吸收層，而高能激光束熔化，熱量通過熱傳導(dǎo)傳遞到深層中的高透明度材料以熔化材料，并且在一定壓力下，上部和下部連接在一起以形成焊接。
根據(jù)焊接產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)和激光頭的激光能量的控制方式，可分為輪廓焊接，準(zhǔn)同步焊接和同步焊接。在型材焊接中，激光束和工件的焊接位置相對旋轉(zhuǎn)，形成徑向?qū)ΨQ焊接的特殊模式。在焊接過程中，激光束沿預(yù)定軌道緩慢地掃描產(chǎn)品一次或多次，使得待焊接產(chǎn)品的接觸表面被加熱和熔化，然后逐漸冷卻以形成焊接輪廓。
這種焊接方法與普通激光塑料焊接的最大區(qū)別在于焊接過程中施加的夾緊力是不同的。在徑向?qū)ΨQ產(chǎn)品的焊接過程中，需要根據(jù)產(chǎn)品的機(jī)理以過盈配合的方式施加焊接過程中的必要壓力，因此不需要制備外力施加結(jié)構(gòu)。焊接方法具有明顯的經(jīng)濟(jì)可行性，縮短了整個焊接時間。因此，兩個產(chǎn)品零件的配合公差特別重要，在準(zhǔn)備工作中應(yīng)充分注意結(jié)構(gòu)設(shè)計，注塑成型等環(huán)節(jié)。
三種不同的工藝方法
下圖顯示了工業(yè)生產(chǎn)中三種常用徑向?qū)ΨQ旋轉(zhuǎn)焊接方法的說明和解釋。最重要的區(qū)別是激光束運(yùn)動控制方法的差異。
（a）激光束固定，產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)
目前，最簡單和最廣泛使用的方法是固定光路產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)（見圖1a），特別是對于沒有相對復(fù)雜機(jī)制的產(chǎn)品，如線束和管道。在焊接過程中，產(chǎn)品固定在旋轉(zhuǎn)平臺上，產(chǎn)品將沿給定的激光束旋轉(zhuǎn)一個或多個循環(huán)，其中最重要的工藝參數(shù)是產(chǎn)品的周向進(jìn)給速度和所需的激光束。可以相應(yīng)地設(shè)定和優(yōu)化能量。
這種焊接方法是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，易于設(shè)計和實(shí)施。它的最大優(yōu)點(diǎn)是高溫計或遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)可用于實(shí)現(xiàn)過程控制。然而，該方法在高自動化和產(chǎn)品尺寸（例如，整體產(chǎn)品外觀尺寸，管道長度等）方面具有某些限制。
（b）產(chǎn)品固定，激光束旋轉(zhuǎn)
第二處理模式與第一處理模式不同，具有十多年的應(yīng)用經(jīng)驗。在此過程中，工件固定在載體上，激光束通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)（光學(xué)臂）旋轉(zhuǎn)工件。主要工藝參數(shù)與上述第一工藝模式一致。
這種焊接方法的最大優(yōu)點(diǎn)之一是它可以實(shí)現(xiàn)具有較大幾何尺寸的產(chǎn)品和非焊接部件的電纜的焊接，這使得一些焊接產(chǎn)品的電纜非常長，甚至幾米長。新一代焊接模塊適用性廣，易于實(shí)現(xiàn)自動集成。這組激光器的安全等級可以達(dá)到1級。
（c）產(chǎn)品固定，激光束通過反射器傳輸?shù)疆a(chǎn)品
目前，最新的徑向焊接技術(shù)是基于激光掃描技術(shù)的準(zhǔn)同步焊接。掃描電流計引導(dǎo)并控制激光束的運(yùn)動并將其投射到錐形鏡上，該鏡將激光束反射到待焊接的位置（圖1.c）。在這種結(jié)構(gòu)下，激光束進(jìn)行圓周運(yùn)動以形成圍繞產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)的能量束。
與上述焊接方法相比，焊接工藝不僅適用于焊接尺寸較大，電纜較大的產(chǎn)品，而且還具有另一個主要優(yōu)點(diǎn)，即可以實(shí)現(xiàn)焊接軌道的最大自由變換，而不僅僅是圓形焊接軌道，而且還是準(zhǔn)同步多軌焊接。另一個優(yōu)點(diǎn)是，由于高速掃描檢流計的處理速度，焊接速度可以大大提高。由于采用了更多的光學(xué)元件，在線監(jiān)測在一定程度上受到限制。此外，應(yīng)定期監(jiān)測和維護(hù)這些光學(xué)元件。
焊接工藝比較
由于每種焊接方法都具有一定的優(yōu)點(diǎn)和相應(yīng)的限制，下表顯示了相同焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)以供參考。在實(shí)際使用中，已根據(jù)各自的需要采用這三種方法，并在汽車電子工業(yè)中實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
過程監(jiān)控
一般型材焊接需要過程監(jiān)控。工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最經(jīng)濟(jì)的方法是用高溫計監(jiān)測焊接區(qū)域的溫度。在上述三種焊接方法中，高溫計連接到激光傳輸光路以進(jìn)行同步測量。根據(jù)不同的材料和添加劑，可以實(shí)時移動溫度測量信號，并可以設(shè)置上限和下限。以這種方式，可以監(jiān)測上焊接部分和下焊接部分之間的不良接觸或氣隙。通過這種方法，還可以根據(jù)溫度曲線的變化及時調(diào)節(jié)激光器的輸出能量。
圖2，高溫計量測溫度曲線示意圖
應(yīng)用實(shí)例
徑向焊接頭廣泛用于管道相關(guān)連接器，石油管道或SCR管道的閥門組件以及瓶子相關(guān)的應(yīng)用。圖3是徑向焊接產(chǎn)品的圖示。管體本身由激光吸收材料制成，接頭由激光透射材料制成。本產(chǎn)品采用光學(xué)臂和高溫計的匹配結(jié)構(gòu)，監(jiān)控和優(yōu)化工藝流程。 EVO 0700是Evosys激光系統(tǒng)提供的緊湊型集成設(shè)備。它專為此應(yīng)用而開發(fā)，可確保激光的安全等級為1級，因此無需集成商設(shè)計復(fù)雜的安全防護(hù)罩。
圖3，管線焊接樣品圖示
設(shè)計規(guī)范
激光頭塑料焊接對材料和產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)有必要的要求，特別是對于徑向?qū)ΨQ的產(chǎn)品，必須在焊接位置設(shè)計徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)。隨著光學(xué)產(chǎn)品和技術(shù)的研究和發(fā)展，激光頭塑料焊接可以擴(kuò)展到橢圓焊縫的旋轉(zhuǎn)焊接甚至更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。一般來說，這個過程中最重要的是兩個工件之間的過盈配合效應(yīng)。
圖4，過盈配合結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于徑向焊接不需要額外的焊接夾緊壓力，焊接位置的機(jī)構(gòu)設(shè)計非常重要。在組裝期間，必須確保在兩個工件之間提供更好的過盈配合壓力并且在接觸表面之間沒有間隙?？梢詤⒖紙D1設(shè)計共同的干涉配合結(jié)構(gòu)。 1. 4確保適當(dāng)?shù)倪^盈配合壓力。兩個工件之間的公差在很大程度上取決于工件的尺寸和材料本身的性能。
