激光焊接聚丙烯和聚碳酸酯
塑料激光技術(shù)在汽車(chē)前車(chē)燈和尾燈的生產(chǎn)中受到越來(lái)越多的應(yīng)用。輻射法技術(shù)專(zhuān)門(mén)用于激光塑料焊接中。該技術(shù)的主要特點(diǎn)包括:將一種能夠透過(guò)激光束波長(zhǎng)的材料和一種吸收性材料結(jié)合在一起。激光束通過(guò)該可穿透的材料聚焦到下面的吸收性配件上,使下面的工件表面熔化。由于熱量傳導(dǎo),上面的部件也吸收熱量,因此材料間的連接就形成了。焊縫通過(guò)激光束和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)焊接而成。以此方式,焊接過(guò)程中使用的壓力確保了配件間更好的熱接觸點(diǎn),這一點(diǎn)對(duì)取得高焊縫強(qiáng)度非常重要。
LQ復(fù)合焊接系統(tǒng)在加工過(guò)程中激光和輻射加熱器成為一體
這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)使用激光輻射(用于初級(jí)輻射)和輻射加熱氣熱源(用于二級(jí)輻射)作為焊接過(guò)程的能量來(lái)源(題圖)。與激光束相反,這里使用的輻射加熱器釋放的紅外線波長(zhǎng)譜相當(dāng)寬廣。結(jié)果是,當(dāng)聚焦兩種輻射源在同一焊縫點(diǎn)時(shí),輻射熱的焦點(diǎn)直徑比激光束焦點(diǎn)直徑大得多。通過(guò)這個(gè)方法,每個(gè)焊縫點(diǎn)在激光照射前后都通過(guò)輻射加熱器加熱。然而,在激光焊接過(guò)程中額外使用輻射加熱器的關(guān)鍵原因在于加熱器的吸收特性。不同于激光,當(dāng)待焊接的配件暴露于輻射熱的環(huán)境下,上面的透明部件也因?yàn)椴糠治占t外輻射而受熱,與此同時(shí),輻射熱被不透明的配件吸收。
對(duì)于焊接過(guò)程來(lái)說(shuō),通過(guò)輻射熱直接加熱透明配件有兩大決定性的優(yōu)勢(shì)。首先,上面的部件在兩個(gè)配件接受激光輻射時(shí)已經(jīng)預(yù)熱。因此,用于從下方配件往上方配件轉(zhuǎn)移的,需要用于熔化材料形成焊縫的熱流減少了。其次,由于溫度上升,材料的硬度降低,這提高了橋接注塑過(guò)程產(chǎn)生的微小不規(guī)則的可能性。此過(guò)程中,主要是透明配件失去硬度,這樣就更容易去配合下方配件的幾何輪廓。
復(fù)合焊接技術(shù)的應(yīng)用
復(fù)合激光焊接技術(shù)中一個(gè)必然的應(yīng)用領(lǐng)域是新款汽車(chē)前車(chē)燈的不透水密封焊接。在此領(lǐng)域內(nèi)的傳統(tǒng)連接方法是使用粘合劑或振動(dòng)焊接,這些方法常常表現(xiàn)出許多短處。例如,連接處總是通過(guò)層壓以遮蓋難看的接縫。圖1為通過(guò)復(fù)合激光焊接技術(shù)連接的汽車(chē)尾燈。
圖1. 汽車(chē)尾燈的應(yīng)用實(shí)例(燈座:ABS,外殼:PMMA)燈座由吸收優(yōu)化的添加了黑色、灰色或紅色顏料的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹(shù)脂組成。未填充并添加了紅色顏料的聚甲基丙烯酸甲酯用來(lái)做透明外殼。總的焊縫長(zhǎng)約1,000 mm。這些尾燈表現(xiàn)出非常好的焊縫質(zhì)量,以及高度統(tǒng)一的機(jī)械性質(zhì)。此外,在整個(gè)焊縫長(zhǎng)度的熔化中,沒(méi)有任何氣泡形成(圖2)。
圖2. 沒(méi)有瑕疵的焊接復(fù)合激光焊接結(jié)束的加工速度是傳統(tǒng)激光焊接的五倍,并能提供更高的焊縫強(qiáng)度。不考慮吸收性配件的著色,上述車(chē)燈可以在僅僅30秒之內(nèi)完成焊接。
其間,符合激光焊接已經(jīng)成為了用于汽車(chē)尾燈生產(chǎn)公認(rèn)的連接技術(shù)。然而,對(duì)于前車(chē)燈,這種新的加工方法還沒(méi)有發(fā)揮出最大潛力,因?yàn)榇颂庍€有一個(gè)材料組合的問(wèn)題。前車(chē)燈大多由聚丙烯燈座和聚碳酸酯外殼做成。由于兩者間很高的化學(xué)不相容性,這樣的材料組合無(wú)法使用任何焊接工藝進(jìn)行連接。由于這個(gè)原因,迄今為止都使用非常專(zhuān)門(mén)的粘合劑將前車(chē)燈聚碳酸酯外殼與燈座連接起來(lái)。但這種方法也存在缺點(diǎn),如除了周期時(shí)間長(zhǎng)之外,連接可靠性差,以及粘合劑的環(huán)境相容性等問(wèn)題。實(shí)際上,粘合劑連接早已經(jīng)成為前車(chē)燈系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。如果產(chǎn)生漏洞,那么整個(gè)前車(chē)燈單元就需要替換掉。
不相容材料的焊接
由Polyfort LH 400材料做成的燈座現(xiàn)在可以通過(guò)激光焊接工藝連接到PC外殼上。
通過(guò)對(duì)大量的激光焊接以及多種材料樣本的焊縫測(cè)試,確認(rèn)了預(yù)料中很好的連接性能(圖3)。這些結(jié)果證實(shí)了激光焊接工藝特有的高強(qiáng)度及永久性連接特性。而且從過(guò)程價(jià)值,尤其從周期時(shí)間的角度來(lái)看,在測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有建立起任何局限。有了Polyfort LH 400材料與復(fù)合激光焊接技術(shù)的結(jié)合,可以不再使用粘合劑連接的方法,這種焊接技術(shù)能夠?yàn)榍败?chē)燈帶來(lái)持久的密封。由于焊縫表現(xiàn)出非常出色的光學(xué)特性,它可以被用作全新一代前車(chē)燈的設(shè)計(jì)元素。
圖3. 聚丙烯(等級(jí):Polyfort LH400)與聚碳酸酯的焊接實(shí)例 由于Polyfort LH 400也可以與PMMA連接,該材料不僅適用于前車(chē)燈,也可以用于尾燈,或者用于電器市場(chǎng)上燈座的一種材料。