激光塑料焊接中光源波長的選擇
來源：深圳市博特精密設(shè)備科技有限公司發(fā)布時(shí)間：2021-11-17 02:14:38
為激光塑料焊接機(jī)選擇合適的激光光源是十分重要的。兩個(gè)被焊接部件的顏色搭配不同，焊接難度不同，也會(huì)影響激光光源的選擇。因材料顏色的不同而造成的焊接難易程度?？梢钥吹綄?shí)現(xiàn)透明/黑色塑料的激光焊接比較容易，其次是黑色/黑色塑料，但是對于透明/透明塑料和白色/白色塑料的激光焊接會(huì)比較難。
圖3是幾種不同塑料對于不同波長激光的穿透率。從圖中可以發(fā)現(xiàn)波長范圍為900 nm-1100 nm時(shí)，塑料對于激光的穿透率非常高，可以達(dá)到85%-95%。由于T（穿透率）+R（反射率）+A（吸收率）=1，而材料對于激光的反射率可以忽略不計(jì)，因此在這一波段，塑料對于激光的吸收率非常低，只有5%-10%都不到。而如果我們觀察激光波段2000 nm-2100 nm，可以發(fā)現(xiàn)PMMA和PC等透明材料在這一波段的透光性只有5%-20%，相應(yīng)的對激光的吸收率就會(huì)高達(dá)80%以上。
幾種不同塑料對于不同波長激光的穿透率
激光塑料焊接技術(shù)對被焊接塑料的要求為：在熱作用區(qū)內(nèi)的材料，要求對激光光波的吸收性好；不屬于熱作用區(qū)部分的材料，則要求對光波的透過性好。因此，應(yīng)用激光焊接的塑料材料必須對激光有吸收。
絕大多數(shù)本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能采用近紅外波段的激光焊接，如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等材料。對于部分吸收率低的熱塑性塑料，一是選擇合適的激光波長；二是通過添加激光增敏劑（如炭黑等），大大提高塑料對激光的吸收率。但是用碳黑作吸收劑會(huì)使激光焊接焊縫顏色變深，與母材顏色不同，這對透明度要求高的材料就不適合了，例如醫(yī)藥、包裝和消費(fèi)產(chǎn)品等對產(chǎn)品要求透明。此時(shí)，我們可以選擇中紅外或者遠(yuǎn)紅外焊接光源進(jìn)行焊接。
激光透射焊接中，兩種對近紅外線激光都透射的材料（通常是透明或者白色的），由于對近紅外光的吸收很少，也不能用于激光焊接。如此，使用2000 nm 波長范圍的激光焊接透明塑料時(shí)會(huì)有很好的效果。
為了保證上下兩層透明塑料一個(gè)透過激光，一個(gè)吸收激光能量，需要使用極短焦距的激光頭將光束聚焦成光斑。這種鏡頭的特點(diǎn)在于鏡頭出光口的光束直徑要遠(yuǎn)大于焦點(diǎn)的光斑。在激光通過上層工件時(shí)，由于光束直徑很大，因此其能量密度不足以熔化上層工件，而激光的焦點(diǎn)就在焊縫處。由于焦點(diǎn)有足夠的能量密度，可以將塑料熔化后冷卻完成焊接。
圖3是幾種不同塑料對于不同波長激光的穿透率。從圖中可以發(fā)現(xiàn)波長范圍為900 nm-1100 nm時(shí)，塑料對于激光的穿透率非常高，可以達(dá)到85%-95%。由于T（穿透率）+R（反射率）+A（吸收率）=1，而材料對于激光的反射率可以忽略不計(jì)，因此在這一波段，塑料對于激光的吸收率非常低，只有5%-10%都不到。而如果我們觀察激光波段2000 nm-2100 nm，可以發(fā)現(xiàn)PMMA和PC等透明材料在這一波段的透光性只有5%-20%，相應(yīng)的對激光的吸收率就會(huì)高達(dá)80%以上。
幾種不同塑料對于不同波長激光的穿透率
激光塑料焊接技術(shù)對被焊接塑料的要求為：在熱作用區(qū)內(nèi)的材料，要求對激光光波的吸收性好；不屬于熱作用區(qū)部分的材料，則要求對光波的透過性好。因此，應(yīng)用激光焊接的塑料材料必須對激光有吸收。
絕大多數(shù)本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能采用近紅外波段的激光焊接，如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等材料。對于部分吸收率低的熱塑性塑料，一是選擇合適的激光波長；二是通過添加激光增敏劑（如炭黑等），大大提高塑料對激光的吸收率。但是用碳黑作吸收劑會(huì)使激光焊接焊縫顏色變深，與母材顏色不同，這對透明度要求高的材料就不適合了，例如醫(yī)藥、包裝和消費(fèi)產(chǎn)品等對產(chǎn)品要求透明。此時(shí)，我們可以選擇中紅外或者遠(yuǎn)紅外焊接光源進(jìn)行焊接。
激光透射焊接中，兩種對近紅外線激光都透射的材料（通常是透明或者白色的），由于對近紅外光的吸收很少，也不能用于激光焊接。如此，使用2000 nm 波長范圍的激光焊接透明塑料時(shí)會(huì)有很好的效果。
為了保證上下兩層透明塑料一個(gè)透過激光，一個(gè)吸收激光能量，需要使用極短焦距的激光頭將光束聚焦成光斑。這種鏡頭的特點(diǎn)在于鏡頭出光口的光束直徑要遠(yuǎn)大于焦點(diǎn)的光斑。在激光通過上層工件時(shí)，由于光束直徑很大，因此其能量密度不足以熔化上層工件，而激光的焦點(diǎn)就在焊縫處。由于焦點(diǎn)有足夠的能量密度，可以將塑料熔化后冷卻完成焊接。
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