塑料产品的径向对称焊接离不开激光焊接头

2019-06-03 11:36:52 金晓


径向对称塑料部件的激光焊接头焊接是塑料连接技术最有效的方法之一。该技术在清洁度和精度方面具有很强的技术优势和经济可行性。

近年来,激光塑料焊接的应用逐渐增多,特别是在汽车电子,医疗技术和家用电器中。一方面,激光焊接头焊接有其自身的技术优势;另一方面,它受益于汽车相关行业不断创新的需求和产品成本控制的压力。因此,汽车行业供应商一直在寻找更多创新技术,以更低的成本为客户提供更好的产品和服务。

激光塑料焊接有自己的工艺特点,如加工灵活,工艺控制方便,非接触加工,加工面积控制准确,热影响区小,焊接部位应力小。因此,激光头塑料焊接可以充分发挥其技术优势,不断优化和调整生产工艺。此外,与其他焊接方法相比,激光头塑料焊接是一种完全无磨损的工艺。激光头塑料焊接是焊接具有敏感元件和高强度焊接要求的产品的最佳选择,特别是对于具有清洁和无尘要求的产品。


激光焊接头ND60


基本原理

目前,激光头塑料焊接主要是通透式焊接。一般而言,补充有不同添加剂或不同浓度的添加剂的塑料部件将导致不同的激光穿透率。在激光焊接头焊接过程中,待焊接的两个部分相互重叠,激光束穿透上层具有较高透射率的材料,并聚焦在下层的激光吸收层,而高能激光束熔化,热量通过热传导传递到深层中的高透明度材料以熔化材料,并且在一定压力下,上部和下部连接在一起以形成焊接。

根据焊接产品的几何结构和激光头的激光能量的控制方式,可分为轮廓焊接,准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对旋转,形成径向对称焊接的特殊模式。在焊接过程中,激光束沿预定轨道缓慢地扫描产品一次或多次,使得待焊接产品的接触表面被加热和熔化,然后逐渐冷却以形成焊接轮廓。

这种焊接方法与普通激光塑料焊接的最大区别在于焊接过程中施加的夹紧力是不同的。在径向对称产品的焊接过程中,需要根据产品的机理以过盈配合的方式施加焊接过程中的必要压力,因此不需要制备外力施加结构。焊接方法具有明显的经济可行性,缩短了整个焊接时间。因此,两个产品零件的配合公差特别重要,在准备工作中应充分注意结构设计,注塑成型等环节。



三种不同的工艺方法

下图显示了工业生产中三种常用径向对称旋转焊接方法的说明和解释。最重要的区别是激光束运动控制方法的差异。


激光焊接头


(a)激光束固定,产品旋转

目前,最简单和最广泛使用的方法是固定光路产品旋转系统(见图1a),特别是对于没有相对复杂机制的产品,如线束和管道。在焊接过程中,产品固定在旋转平台上,产品将沿给定的激光束旋转一个或多个循环,其中最重要的工艺参数是产品的周向进给速度和所需的激光束。可以相应地设定和优化能量。

这种焊接方法是一种经济的解决方案,易于设计和实施。它的最大优点是高温计或远红外线摄像机可用于实现过程控制。然而,该方法在高自动化和产品尺寸(例如,整体产品外观尺寸,管道长度等)方面具有某些限制。


(b)产品固定,激光束旋转

第二处理模式与第一处理模式不同,具有十多年的应用经验。在此过程中,工件固定在载体上,激光束通过适当的光学结构(光学臂)旋转工件。主要工艺参数与上述第一工艺模式一致。

这种焊接方法的最大优点之一是它可以实现具有较大几何尺寸的产品和非焊接部件的电缆的焊接,这使得一些焊接产品的电缆非常长,甚至几米长。新一代焊接模块适用性广,易于实现自动集成。这组激光器的安全等级可以达到1级。


(c)产品固定,激光束通过反射器传输到产品

目前,最新的径向焊接技术是基于激光扫描技术的准同步焊接。扫描电流计引导并控制激光束的运动并将其投射到锥形镜上,该镜将激光束反射到待焊接的位置(图1.c)。在这种结构下,激光束进行圆周运动以形成围绕产品旋转的能量束。

与上述焊接方法相比,焊接工艺不仅适用于焊接尺寸较大,电缆较大的产品,而且还具有另一个主要优点,即可以实现焊接轨道的最大自由变换,而不仅仅是圆形焊接轨道,而且还是准同步多轨焊接。另一个优点是,由于高速扫描检流计的处理速度,焊接速度可以大大提高。由于采用了更多的光学元件,在线监测在一定程度上受到限制。此外,应定期监测和维护这些光学元件。


焊接工艺比较

由于每种焊接方法都具有一定的优点和相应的限制,下表显示了相同焊接方法的优缺点以供参考。在实际使用中,已根据各自的需要采用这三种方法,并在汽车电子工业中实现了大规模的工业生产。


激光焊接头


过程监控

一般型材焊接需要过程监控。工业生产中最常见和最经济的方法是用高温计监测焊接区域的温度。在上述三种焊接方法中,高温计连接到激光传输光路以进行同步测量。根据不同的材料和添加剂,可以实时移动温度测量信号,并可以设置上限和下限。以这种方式,可以监测上焊接部分和下焊接部分之间的不良接触或气隙。通过这种方法,还可以根据温度曲线的变化及时调节激光器的输出能量。


激光焊接头

图2,高温计量测温度曲线示意图

应用实例

径向焊接头广泛用于管道相关连接器,石油管道或SCR管道的阀门组件以及瓶子相关的应用。图3是径向焊接产品的图示。管体本身由激光吸收材料制成,接头由激光透射材料制成。本产品采用光学臂和高温计的匹配结构,监控和优化工艺流程。 EVO 0700是Evosys激光系统提供的紧凑型集成设备。它专为此应用而开发,可确保激光的安全等级为1级,因此无需集成商设计复杂的安全防护罩。


激光焊接头

图3,管线焊接样品图示

设计规范

激光头塑料焊接对材料和产品的几何结构有必要的要求,特别是对于径向对称的产品,必须在焊接位置设计径向对称的结构。随着光学产品和技术的研究和发展,激光头塑料焊接可以扩展到椭圆焊缝的旋转焊接甚至更复杂的结构。一般来说,这个过程中最重要的是两个工件之间的过盈配合效应。


激光焊接头

图4,过盈配合结构设计

由于径向焊接不需要额外的焊接夹紧压力,焊接位置的机构设计非常重要。在组装期间,必须确保在两个工件之间提供更好的过盈配合压力并且在接触表面之间没有间隙。可以参考图1设计共同的干涉配合结构。 1. 4确保适当的过盈配合压力。两个工件之间的公差在很大程度上取决于工件的尺寸和材料本身的性能。



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