激光未来塑料焊接趋势：光源和材料选择

目前，塑料焊接的方法有很多种，如超声波焊接，热板焊接，振动摩擦焊接和激光焊接。激光焊接作为一种非接触式焊接技术，与其他焊接方法相比，具有非接触，气密，不透水，快速高效，精度高，焊缝美观，产品形状不受限制，易于控制，适应性强等优点。将成为未来焊接的趋势。图1激光焊接示意图激光焊接的原理是两种塑料在低压下夹在一起，激光产生的光束通过由镜子，透镜或光纤组成的光路系统聚焦在两种聚合物产品上。一种聚合物产品可透射近红外激光，另一种聚合物产品吸收激光。吸收激光能量的产品将光能转换成热能，在塑料的接触面熔化，并且热量也传递到近红外传输。光产物的表面形成熔化区。在夹紧力的作用下，熔融区域产生分子间混合并在冷却后形成焊缝。首先，激光焊接源在激光焊接过程中，通常使用YAG或CO2激光作为光源。随着半导体材料工业的快速发展，半导体激光器逐渐成为光源应用。各种光源焊接的特性如表1所示：表1各种光源的激光焊接特性II。用于激光焊接的材料YAG激光器目前用作汽车中激光焊接的光源，特别是用于灯焊接的应用。该激光的波长属于近红外区域。通常，塑料在该区域不是很吸收，吸收效率低，熔化条件差。需要将近红外光吸收剂添加到塑料中以提供材料对激光的吸收。通常，理想的吸收剂是炭黑，它可以充分吸收红外波长的激光能量，从而大大提高塑料的吸热效果，使热作用区的材料熔化更快，效果更好。然而，炭黑的使用限制了材料的颜色并影响其使用。炭黑吸收红外波段的激光并吸收可见光。这也是炭黑看起来黑的原因。使用炭黑作为吸收剂使得激光焊接焊缝颜色更深并且与基底材料不同。英国焊接学会（TWI，TheWeldingInstitute）开发出一种对可见光透明的染料。通过使用该染料作为吸收剂，可以获得透明的塑料焊接。这种染料仅吸收红外波段的电磁波，不吸收可见光，因此焊缝似乎仍然是透明的。除了染料之外，还可以通过表面等离子体共振吸收添加诸如金或氧化钨的复合纳米材料来实现近红外光的吸收。激光焊接作为一种非接触，快速，美观的焊接方法，将成为未来塑料焊接的发展趋势。因此，国内外一些材料制造商已经开始开发适合激光焊接的材料。 Sabic在其专利CN101868495A中提到通过添加近红外光吸收剂来开发适用于激光焊接的热塑性材料。 Kumho Riley和一家激光焊接公司联合开发了适用于激光焊接的PC / ABS材料。通过添加特殊的激光吸收剂，材料的颜色不限于黑色，并且可以制备适合于激光焊接的各种富含颜色的PC / ABS材料。它吸收红外光，效率高，易于焊接。它具有较高的焊接强度，PMMA和美观的焊缝。它适用于汽车领域，如灯焊。随着激光光源的发展和激光焊接专用材料的发展，激光焊接将成为未来塑料焊接的发展趋势，并在汽车领域得到更多应用。