Новости

Лазерная сварка пластмасс… Статья: «Что такое сварка излучением?»

10.11.2014

Что такое сварка излучением?

Сварка излучением или лазерная сварка просвечиванием в ряде случаев в разной литературе имеет и другие названия, включая такие, как лазерная сварка пластмасс, трансмиссионная сварка (TTLW) или лазерная сварка полимеров. Наименования могут отличаться, но принцип остается неизменным.

Несмотря на то, что термин «лазерная сварка пластмасс» встречается чаще всего, более емким и наиболее точно отражающим процесс является термин - «сварка излучением». Сущность этого метода заключается в проникновении (прохождении) лазерного луча сквозь деталь, обладающей достаточной степенью транспарентности, и поглощении его другой абсорбирующей деталью, на которую он сфокусирован, для формирования сварного шва. В отличие от большинства способов сварки, при которых тепловая энергия напрямую воздействует на поверхности свариваемых деталей, сварка излучением подразумевает преобразование энергии лазерного луча в теплоту в плоскости соприкосновения (контакта) заготовок.
Лазерная сваркаЛазерная сварка
Сварка излучением

Четыре условия для обеспечения сварки излучением

Сварка излучением возможна при соблюдении  четырех условий. Описание каждого из условий приведено ниже.

Транспарентность верхней заготовки.

Верхняя деталь должна пропускать лучи лазера с длиной волны из ближней области инфракрасного диапазона. Типичная длина волны лазера составляет 808 – 980 нм. Следует учитывать, что проникающая способность лазерного луча  не зависит от оптической прозрачности пластика. И, несмотря на то, что большинство термопластов, свариваемых при помощи лазера, имеют оптическую прозрачность, она не является обязательным условием.  Сварка может быть выполнена с оптически непрозрачными верхними заготовками.

Абсорбирующие свойства  нижней заготовки

После прохождения через верхнюю деталь лазерный луч должен быть преобразован в тепловую энергию. Преобразование происходит на поверхности контакта между свариваемыми заготовками. Соответственно нижняя часть должна обладать абсорбирующим свойством и поглощать световую энергию для генерации тепла.
Большинство термопластов по своей природе пропускают инфракрасное лазерное излучение поэтому, абсорбирующие свойства достигаются за счет добавления сажи либо других пигментов. Наиболее распространенной и лучшей поглощающей добавкой является углеродная сажа, дозированная в объёме не менее 0.5%. Несмотря на то, что данная технология становится все более популярной, разработано много других добавок для лазерной сварки полимеров. Для получения дополнительной информации о цветах и поглощающих добавках см., статью Как цвет влияет на технологию сварки?

Прижим и контакт между заготовками

После поглощения нижней деталью световой энергии лазера и её преобразования в тепло тепловая энергия должна передаваться на верхнюю деталь для её разогрева и оплавления. Наличие непосредственного контакта между заготовками обеспечивает передачу тепловой энергии на верхнюю деталь. Заготовки, как правило, совмещаются друг с другом, но для достижения плотного контакта на них оказывается прижимное усилие. Для этого используется оснастка или прижимные ролики.

Свариваемость заготовок

Как и любой метод сварки полимеров, лазерная сварка требует идентичности типа материала  свариваемых деталей. Наиболее важным является совместимость диапазонов температур плавления заготовок. В случае, когда обе заготовки будут расплавляться в одно и то же, либо почти в одно и то же время можно ожидать положительного результата сварки. Полная таблица свариваемости полимеров приведена здесь.

Наиболее распространены и хорошо свариваются следующие материалы:

  • Нейлон – PA 6 и его разновидности
  • Полипропилен – PP
  • Поликарбонат – PC
  • Акрилонитрилбутадиенстирол - ABS-пластик
  • Полистирол – PS
  • Политетрафторэтиле́н - PTFE
  • Полиметилметакрилат - PMMA

Преимущества

Лазерная сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с такими традиционными технологиями сварки, как ультразвуковая сварка, сварка нагретым инструментом, вибрационная сварка и сварка трением.

К преимуществам относятся:

  • отсутствие остаточных механических напряжений в зоне сварки
  • возможность высокоточного управления энергией лазера
  • прочность и надежность сварных швов
  • отсутствие наплыва (грата) и образований твердых частиц в зоне сварного шва
  • безупречно чистый сварной шов, измеряемый по глубине в микрометрах
  • высокая скорость сварки

Сферы применения

Автомобильная промышленность

  • Расширительные бачки
  • Корпуса датчиков, сенсоров
  • Сигнальные фонари и фонари освещения
  • Приборные панели
  • Блоки управления электроникой
  • Клапана
  • Крышки дисплеев

Медицина

  • Катетеры
  • Микро струйная техника
  • Устройства контроля жидкостей

Изделия широкого потребления

  • Электроника
  • Многое другое

Фотографии, демонстрирующие  применение, доступны в Галерее.

Лазерная сварка прозрачных деталей

Лазерная сварка просвечиванием может показаться неприменимой при соединении двух прозрачных заготовок из термопластов. Но новые разработки позволили создать оборудование, которое обеспечивает сварку прозрачных деталей и демонстрирует превосходную гибкость технологии лазерной сварки.

Использование лазеров с волнами большей длины и фокусирование средней части луча на глубине, равной расстоянию до поверхности контакта между заготовками, обеспечивает направление в данную точку большей части энергии и одновременное нагревание верхней и нижней деталей. При этом не требуется добавление абсорбирующих добавок. Данная технология открывает возможности не только для сварки прозрачных заготовок, но и для разработки новых швов, например, стыкового соединения.

Этот способ лазерной сварки технически не рассматривается как метод лазерной сварки просвечиванием. Но эта технология стоит того, чтобы с ней ознакомиться и понимать разницу.