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塑料加工最新技术--激光加工 2011： 从40多年前世界上诞生了第1台激光器，其激光技术与应用发展迅猛，并与许多学科交叉结合形成多个应用技术领域，如信息光电子技术、激光医疗与光子生物学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、激光化学、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光武器等，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。激光具有单色性好、能量密度高、空间和时间控制性好等多种优点，目前已广泛应用于各种制造加工领域。随着塑料在航天航空、电子、化工、汽车制造、包装、医疗设备等行业的广泛使用和激光应用技术的扩展，激光加工技术也开始逐渐进入塑料的二次加工领域。塑料的激光加工技术是利用激光束与有机高分子物质相互作用的特性对塑料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门新兴加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术。激光加工为非接触式加工，速度快、无噪声，可实现各种复杂形状的高精度加工目的，且无通常意义上的“刀具”磨损，无需更换“刀头”。激光和计算机控制技术相结合可使激光加工技术在工业生产实现全自动化，其具有普通加工技术不可比拟的优势。1 塑料的激光焊接技术1.1 塑料激光焊接的应用和特点目前国内使用的塑料焊接技术主要有热熔焊接、高频焊接、振动摩擦焊接及超声波焊接等。塑料的激光焊接技术在欧美发达国家已经得到了一定程度的应用。我国这方面的技术尚在起步阶段。塑料的激光焊接技术主要用于普通焊接技术难以适应的塑料制品(如高密度线路板)、形状复杂的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(如医药设备、电子传感器等)等。激光便于计算机控制，采用光纤激光器输出激光束可使激光灵活地达到零件各个微小部位，能够焊接其他焊接方法不易达到的区域。传统焊接技术无法焊接的异型塑料也有机会加以良好焊接，如用激光可将能透过近红外激光的聚碳酸酯(PC)和30%玻纤增强的黑色聚对苯二甲酸丁二醇酮(PBT)焊接在一起，而其他的焊接方法根本不可能将2种在结构、软化点和增强材料等方面如此不同的聚合物连接起来。在高档轿车的保险杠上也应用了激光焊接技术，其优点是输入的热量较低、外观好，并可达到很高的焊接强度。保险杠材料大都采用聚丙烯(PP)、乙烯丙烯共聚物(EPDM)和10%滑石粉共混物以及聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。以前采用超声波焊接将停车距离传感器的适配器焊接到已经上好漆的保险杠上，然而在强度和外观损伤之间难以达到两全齐美。采用激光透射焊接工艺焊接保险杠的传感器适配器，生产的熔化物很少，因此没有熔化物溢出。在具有良好强度的同时，外观优美非常接近站接的部件口不过激光焊接的投资费用目前还较高，只有在要求较高的时候使用才算合理。保险杠的结构设计的未来趋势是材料的壁厚越来越小，这特别适于采用激光技术。除了对材料和加工的新要求之外，采用激光工艺使焊缝的形状和位置有了更大的自由度。由于单位焊接强度一般高达60MPa，并且安装空间将更狭窄，因此为激光焊接的应用创造了很好的机会。塑料的激光焊接技术与传统的塑料焊接技术相比，主要有以下几方面的特点:(1)易于控制和实现生产自动化，具有良好的适应性;(2)可进行精密、牢固的焊接，焊接密封性好;(3)焊接件的热历程极短、焊接应力小，焊接时树脂降解少、几乎不产生碎屑;(4)可焊接尺寸极小或外形结构复杂的零件，对有些复杂零件甚至可以进行“穿透焊接”;(5)能够将许多种类不同的材料焊接在一起。1.2 塑料激光焊接的原理和方法1.2.1 激光焊接塑料的基本原理2种塑料在低压力下被夹紧在一起，激光穿过一个制品，然后被另外一个制品吸收，吸收激光能量的制品将光能转化为热能，在塑料的接触面熔化，形成一个焊接区。塑料的激光焊接是与对材料要求的提高相关联的，这些新的要求通常很难完成。所谓的激光透射焊接一方面要求激光辐射能穿透零件，另一方面要求零件有很强的吸收性能。重要的是，在2个焊接件之间要避免产生裂缝。在激光焊接过程中，吸收性的零件升温并且局部熔化，通过热传导将能量传递到透光的零件。在外部的压力下2个零件结合在一起。激光焊接工艺之所以具有吸引力，是因为只有很少的热量输入结构件，因此只会产生可控的最小熔化量。其结果是可获得很高的焊接强度，并且由于熔化物溢出或气化很少而获得无可挑剔的外观质量。在很小的焊接面积上就可以获得很高的强度，这一点使得这种工艺方法在操作空间受到限制的条件下比站接工艺更优越。1.2.2 常用的激光焊接方法(1) 激光束沿着焊缝处快速扫描，达到焊接的目的;(2) 通过光学元件将激光束整形，同时在焊缝处产生热量;(3) 照射掩膜焊接，激光束仅加热制品上没有被掩膜遮住的部分，可以快速焊接复杂的焊缝;(4) 激光束固定，塑料工件置于受程序控制的多维可移动的工作台上。1.3 塑料材料对激光焊接的适应性应用激光焊接塑料材料必须对激光有吸收，否则就不能完成塑料的激光焊接。绝大多数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能采用激光焊接，例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯(PP)等材料。对于吸收率低的热塑性塑料，一是选择激光的种类;二是通过添加激光增敏剂(如炭黑等)，可以大大提高塑料对近红外激光的吸收率。通过对各种塑料材料对激光反射率和透过率的研究，可以解决激光焊接塑料的材料等问题。(end)

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