淺談半導體激光器在塑料焊接中的應用

 

　　半導體激光器又稱激光二極管，是用半導體材料作為工作物質的激光器。由于物質結構上的差異，不同種類產生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。半導體激光器件，可分為同質結、單異質結、雙異質結等幾種。同質結激光器和單異質結激光器在室溫時多為脈沖器件，而雙異質結激光器室溫時可實現連續工作。

 

　　各式各樣的塑料制品在我們的生產和生活中隨處可見，塑料材質的加工方法也是種類繁多，僅針對熱塑性塑料焊的方法就超過15種，比如：加熱工具焊接、超聲波焊接、振動摩擦焊接……但針對三維幾何形狀、中空體、大型零部件等產品，以上加工方式或多或少存在一些工藝問題，而激光焊接很好的解決了這些問題。

 

　　目前，激光焊接塑料的方法可分為非接觸激光焊接和激光透射焊接，這里我們主要介紹激光透射焊接。激光透射焊接指的是激光束穿過透過激光塑料到達吸收激光塑料的表面，借助激光束產生的熱量作用于接觸面，使塑料接觸面熔化，進而將熱塑性部件粘結在一起的技術。這種焊接方式既能應用于搭接接頭的焊接，又能應用于對接接頭的焊接，也已逐漸應用于汽車離合器、剎車零部件、發動機蓋提、汽車車燈等的制造中。

 

　　激光焊接塑料的原理是：兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起，通過反射鏡、透鏡或光纖組成的光路系統，將激光器產生的光束聚焦于待焊接區域，形成熱作用區，其中一種塑料對于近紅外激光是透射的，另一種塑料吸收激光，吸收激光能量的塑料將光能轉化為熱能，在塑料的接觸面熔化，同時熱也傳導到透射近紅外光線的塑料表面，形成熔化區。在夾緊力的作用下，熔化區域產生分子間的混合，當熔融的尺寸達到規定要求時，撤掉激光熱源，在一定壓力的繼續作用下，冷卻后形成焊縫，實現透射激光塑料焊接。為了提高上層塑料的吸收性能，常常添加吸收劑；另外，為了提高透過塑料的透過性能，也常添加透過性高的染料。

 

　　透過激光塑料焊接的主要優勢是：

 

　　1)利用高能量密度的激光熱源，實現塑料接合面溫度的最佳化，以保證塑料激光焊接過程的高速度和高精度化。

 

　　2)通過激光束形狀和尺寸的變化，可以將熱影響區和接合區域控制到很小的程度。焊接區域的外表面看不到焊接形成的痕跡，也看不到由焊接所形成的損傷。

 

　　3)焊接前將零部件組裝好，焊接過程非常容易。

 

　　4)對零部件的形狀和尺寸沒有限制，使零部件的設計自由度有一個飛躍性的提高。

 

　　5)焊接過程中沒有震動，對于電子元件、醫療器械等震動敏感的零部件來說是非常有利的。

 

　　6)非接觸加工(連接的零部件和熱源沒有物理性的接觸)，容易維持醫療及食品器械等的衛生安全。

 

　　7)激光光束傳送自由度高，容易實現自動化。

 

　　8)不會產生有毒的煙霧等，焊接現場安全可靠。