塑料激光焊接之激光源选择
在激光焊接过程中，选择合适的激光源至关重要，主要取决于波长和功率/功率密度。目标是在透射层获得高透射率、在吸收层或界面产生强吸收，确保高效且可控的熔融。
激光源选择的关键因素
塑料的光学特性：
了解不同塑料在激光波长下的透射率和吸收率至关重要。透射层要具有高透射率，吸收层或界面要有高吸收。
焊接工艺要求：
焊接速度：高功率激光器适合高速焊接。
焊接精度：要求精细焊缝时，选择光束质量好的激光器。
焊接深度：厚材料或深层熔融时需要更高功率和更长波长的激光。
成本
综合考虑设备、运行和维护成本，半导体激光器通常成本最低。
材料颜色和添加剂：
颜色和添加剂会影响光学特性。
主流与成熟度：
940nm半导体激光器是目前最广泛使用的激光类型，光纤激光器在高要求应用中也日益增长。
常见激光类型
半导体激光器：广泛应用，体积小，效率高，适合透射焊接，常用于工程塑料。
光纤激光器：功率高，稳定性好，适合高精度或高速焊接，特别对含炭黑的塑料效果好。
Nd:YAG激光器：传统激光器，功率较大，但正逐渐被光纤激光器替代。
CO2激光器：适用于大多数有机材料的表面焊接，光束质量较差。
绿光激光器：适用于透明或有色塑料的焊接，但效率低，成本较高。
准分子激光器：可用于微焊接，但设备昂贵，应用较少。
塑料对激光的响应
光学响应
吸收特性：塑料的化学键在特定波长下有吸收峰，尤其在近红外波段（700-1100nm），影响激光透过率。
透射率：透射层需保持高透射率（>20%），以确保足够的激光能量到达吸收层或界面。
反射与散射：表面光滑度及填料（如玻纤）影响激光能量的分布，散射会降低焊接效果。
热学响应
吸收的激光转化为热能后，会使材料局部温度升高，达到熔融状态进行焊接。
温度过高时，可能会导致材料分解，产生气泡或烟雾，影响焊接质量。
添加剂如何调控激光焊接
添加剂，尤其是色料，能有效调控塑料的光学特性，达到理想的透射与吸收效果：
吸收剂：如炭黑、近红外吸收染料和颜料，能显著提高吸收率，特别适用于黑色或深色塑料。
透射调控剂：选择透射率高的树脂和避免强吸收剂，确保透射层不受不必要的影响。
焊接策略
透射焊接：选择高透射率的塑料，避免使用过多吸收剂。
颜色焊接：需精心设计上下层材料的颜色和吸收特性，以确保良好的焊接效果。
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