淺談半導(dǎo)體激光器在塑料焊接中的應(yīng)用

 

　　半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管，是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，不同種類產(chǎn)生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質(zhì)有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器在室溫時(shí)多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。

 

　　各式各樣的塑料制品在我們的生產(chǎn)和生活中隨處可見，塑料材質(zhì)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(dòng)摩擦焊接……但針對三維幾何形狀、中空體、大型零部件等產(chǎn)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(dá)吸收激光塑料的表面，借助激光束產(chǎn)生的熱量作用于接觸面，使塑料接觸面熔化，進(jìn)而將熱塑性部件粘結(jié)在一起的技術(shù)。這種焊接方式既能應(yīng)用于搭接接頭的焊接，又能應(yīng)用于對接接頭的焊接，也已逐漸應(yīng)用于汽車離合器、剎車零部件、發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)，將激光器產(chǎn)生的光束聚焦于待焊接區(qū)域，形成熱作用區(qū)，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(zhuǎn)化為熱能，在塑料的接觸面熔化，同時(shí)熱也傳導(dǎo)到透射近紅外光線的塑料表面，形成熔化區(qū)。在夾緊力的作用下，熔化區(qū)域產(chǎn)生分子間的混合，當(dāng)熔融的尺寸達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，撤掉激光熱源，在一定壓力的繼續(xù)作用下，冷卻后形成焊縫，實(shí)現(xiàn)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(yōu)勢是：

 

　　1)利用高能量密度的激光熱源，實(shí)現(xiàn)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(qū)和接合區(qū)域控制到很小的程度。焊接區(qū)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(shè)計(jì)自由度有一個(gè)飛躍性的提高。

 

　　5)焊接過程中沒有震動(dòng)，對于電子元件、醫(yī)療器械等震動(dòng)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(yī)療及食品器械等的衛(wèi)生安全。

 

　　7)激光光束傳送自由度高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

 

　　8)不會(huì)產(chǎn)生有毒的煙霧等，焊接現(xiàn)場安全可靠。