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(shì)和經(jīng)濟(jì)可行性。
近年來(lái)，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(shì);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(shì)，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(wú)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(duì)于具有清潔和無(wú)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(guò)程中，待焊接的兩個(gè)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(guò)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(duì)旋轉(zhuǎn)，形成徑向?qū)ΨQ焊接的特殊模式。在焊接過(guò)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(guò)程中施加的夾緊力是不同的。在徑向?qū)ΨQ產(chǎn)品的焊接過(guò)程中，需要根據(jù)產(chǎn)品的機(jī)理以過(guò)盈配合的方式施加焊接過(guò)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(gè)焊接時(shí)間。因此，兩個(gè)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(jì)，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(shuō)明和解釋。最重要的區(qū)別是激光束運(yùn)動(dòng)控制方法的差異。
（a）激光束固定，產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)
目前，最簡(jiǎn)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(duì)于沒有相對(duì)復(fù)雜機(jī)制的產(chǎn)品，如線束和管道。在焊接過(guò)程中，產(chǎn)品固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，產(chǎn)品將沿給定的激光束旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)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?？梢韵鄳?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(jì)和實(shí)施。它的最大優(yōu)點(diǎn)是高溫計(jì)或遠(yuǎn)紅外線攝像機(jī)可用于實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。然而，該方法在高自動(dòng)化和產(chǎn)品尺寸（例如，整體產(chǎn)品外觀尺寸，管道長(zhǎng)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(yàn)。在此過(guò)程中，工件固定在載體上，激光束通過(guò)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(zhǎng)，甚至幾米長(zhǎng)。新一代焊接模塊適用性廣，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)集成。這組激光器的安全等級(jí)可以達(dá)到1級(jí)。
（c）產(chǎn)品固定，激光束通過(guò)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(jì)引導(dǎo)并控制激光束的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于高速掃描檢流計(jì)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(cè)在一定程度上受到限制。此外，應(yīng)定期監(jiān)測(cè)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(guò)程監(jiān)控
一般型材焊接需要過(guò)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(jì)監(jiān)測(cè)焊接區(qū)域的溫度。在上述三種焊接方法中，高溫計(jì)連接到激光傳輸光路以進(jìn)行同步測(cè)量。根據(jù)不同的材料和添加劑，可以實(shí)時(shí)移動(dòng)溫度測(cè)量信號(hào)，并可以設(shè)置上限和下限。以這種方式，可以監(jiān)測(cè)上焊接部分和下焊接部分之間的不良接觸或氣隙。通過(guò)這種方法，還可以根據(jù)溫度曲線的變化及時(shí)調(diào)節(jié)激光器的輸出能量。
圖2，高溫計(jì)量測(cè)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(jì)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(jí)為1級(jí)，因此無(wú)需集成商設(shè)計(jì)復(fù)雜的安全防護(hù)罩。
圖3，管線焊接樣品圖示
設(shè)計(jì)規(guī)范
激光頭塑料焊接對(duì)材料和產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)有必要的要求，特別是對(duì)于徑向?qū)ΨQ的產(chǎn)品，必須在焊接位置設(shè)計(jì)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(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程中最重要的是兩個(gè)工件之間的過(guò)盈配合效應(yīng)。
圖4，過(guò)盈配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jì)非常重要。在組裝期間，必須確保在兩個(gè)工件之間提供更好的過(guò)盈配合壓力并且在接觸表面之間沒有間隙。可以參考圖1設(shè)計(jì)共同的干涉配合結(jié)構(gòu)。 1. 4確保適當(dāng)?shù)倪^(guò)盈配合壓力。兩個(gè)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。