厚板大功率激光焊接

為擴(kuò)展氣球落艙的微重力持續(xù)時間性延長到60秒,為此我們開展了600牛頓的可控冷氣變推力系統(tǒng)的研制,首先對落艙的微重力環(huán)境進(jìn)行了理論分析和數(shù)值計(jì)算然后在廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上給出了可控阻力消除系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案重點(diǎn)設(shè)計(jì)了阻力消除數(shù)字控制系統(tǒng),建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型,給出了滿足無靜差,無波紋和控制誤差平方和最小的控制規(guī)律,冷氣變推力器,放難點(diǎn)在具推力偏差應(yīng)不大于±4頓推力精度實(shí)現(xiàn),在制作了冷氣推力器原理"sup--normal" data-sup="1" data-ctrmap=":1,"> [1] 2100433B

塑料激光焊接基本介紹

當(dāng)被粘接的塑料零部件不能承受振動、或者水密氣密要求非常高、或要求無菌無粉塵環(huán)境(如醫(yī)療器械和食品包裝)時，激光焊接技術(shù)就能派上很大用場。激光焊接技術(shù)速度快，特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外對于那些很難使用其它焊接方法粘接的復(fù)雜的幾何體，可以考慮使用激光焊接技術(shù)。

塑料激光焊接優(yōu)點(diǎn)

激光加工具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中有：

? 焊接設(shè)備不需要和被粘結(jié)的塑料零部件相接觸。

? 速度快。

? 設(shè)備自動化程度高，很方便的用于復(fù)雜塑料零部件加工。

? 不會出現(xiàn)飛邊。

? 焊接牢固。

? 可以得到高精度的焊接件。

? 無振動技術(shù)。

? 能產(chǎn)生氣密性的或者真空密封結(jié)構(gòu)。

? 最小化熱損壞和熱變形。

? 可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結(jié)在一起。

塑料激光焊接優(yōu)勢

激光焊接應(yīng)用于塑料部件熔接的優(yōu)點(diǎn)包括：焊接精密、牢固和密封不透氣和不漏水，焊接過程中樹脂降解少、產(chǎn)生的碎屑少，制品的表面能夠在焊縫周圍嚴(yán)密地連接在一起。激光焊接沒有殘?jiān)膬?yōu)點(diǎn)，使它更適用于國家食品藥品監(jiān)督管理局管制的醫(yī)藥制品及電子傳感器等。

易于控制，可焊接尺寸小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。由于激光便于計(jì)算機(jī)軟件控制，而且光纖激光器輸出可靈活地達(dá)到零件各個細(xì)微部位，采用激光焊接能夠焊接其它焊接方法不易達(dá)到的區(qū)域，焊接具有復(fù)雜外形、甚至是三維幾何形狀的制品。

與其他熔接方法比較，激光焊接大幅減少制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力。這意味著制品或者裝置內(nèi)部組件的老化速度更慢，可應(yīng)用于易損壞的制品。能夠焊接許多種類不同的材料。例如，能將透過近紅外激光的聚碳酸脂，玻纖增強(qiáng)的黑色聚對苯二甲酸丁二脂連接在一起，而其它的焊接方法根本不可能將兩種在結(jié)構(gòu)、軟化點(diǎn)和增強(qiáng)材料等方面如此不同的聚合物連接起來。

塑料激光焊接工藝

最常用的激光焊接形式被稱為激光透射焊接。該技術(shù)的過程為：首先將兩個待焊接塑料零部件夾在一起，然后將一束短波紅外區(qū)的激光定向到待粘結(jié)的部位。激光束通過上層透明材料，然后被下層材料吸收。激光能量被吸收使得下層材料溫度升高，熔化上層以及和下層的塑料。上層材料可以是透明的或者是有顏色的，但是必須能夠保證有足夠的激光通過。

圖 1: 激光透射焊接的工作示意圖

在過去由于兩個透明的塑料層都不能吸收足夠的激光能量，利用透射技術(shù)將它們焊接在一起是不可能；同樣由于光束不具備足夠的穿透能力，達(dá)到加熱焊接接觸面的作用，利過透射技術(shù)將兩個黑色層的材料焊接在一起也是不可能的。但是最近的技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)可以將這兩種類型的材料焊接在一起。

塑料激光焊接設(shè)備

激光透射焊接技術(shù)主要使用兩類激光設(shè)備：一個是摻釹釔鋁石榴石合成晶體(Nd3 :YAG)，另一個是半導(dǎo)體二極管。Nd3 :YAG激光的波長為1064納米(nm)，容易被含有特殊填料或顏料的塑料吸收?？梢酝ㄟ^光導(dǎo)纖維將激光很方便的傳送到激光頭，尤其是在使用自動化裝置的焊接技術(shù)。

二極管激光器產(chǎn)生的波長范圍在800-1000nm之間，這對焊接來說是效率最高的能量區(qū)域。它結(jié)構(gòu)緊湊，可以很方便的安裝在自動化設(shè)備上。二極管激光的吸收特征和Nd3 :YAG的吸收特征類似。

塑料焊接有時也使用二氧化碳(CO2)激光器。它能產(chǎn)生10600nm的光波，這同Nd3 :YAG和二極管激光器產(chǎn)生激光相比，更容易被塑料吸收。但是二氧化碳激光的穿透性能沒有其它兩種激光器產(chǎn)生的激光。因此二氧化碳激光器主要用于薄膜材料焊接。

激光類型 CO2 Nd3 :YAG 二極管

波長 (um) 10.6 1.06 0.8-1.0

最大能量 (W) 60,000 6,000 6,000

效率 10% 3% 30%

透射光束 鏡面反射 光纖及鏡面 光纖及鏡面

最小的光點(diǎn)大小(mm) 0.2-0.7(直徑) 0.1-0.5(直徑) 0.5x0.5

表 1: 市場上常用的塑料激光加工技術(shù)對比

使用Nd:YAG或二極管激光的透射焊接技術(shù)，可以以超過20米/分的線速度將1mm以上厚度的塑料件焊接在一起。二氧化碳激光器焊接薄膜的速度可以高達(dá)750米/分。

塑料激光焊接材料

幾乎所有的熱塑性塑料和熱塑性彈性體都可以使用激光焊接技術(shù)。常用的焊接材料有 PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等。而其它的一些工程塑料如聚苯硫醚PPS和液晶聚合物等，由于其具有較低的激光透過率而不太適合使用激光焊接技術(shù)。因此常常在底層材料上加入炭黑，以便使其能吸收足夠能量，從而滿足激光透射焊接的要求。

圖 2：可用于激光焊接的聚合物

未填充的或者玻纖增強(qiáng)的聚合材料都可以用于激光焊接。但是過高的玻纖含量會散射發(fā)出得IR激光，降低光束通過聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接，但是隨著顏料或染料含量的增加，激光束的通過塑料的穿透能力會有所下降。

塑料激光焊接焊接類型

塑料激光焊接有幾種不同的焊接方式。

輪廓焊接(contour welding)：激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料層逐漸的粘結(jié)在一起；或者將被夾層沿著固定的激光束移動達(dá)到焊接的目的。

同步焊接(simultaneous welding)：來自多個二極管激光束被引導(dǎo)到沿著焊接層的輪廓線上，并熔化塑料，從而使得整個輪廓同時熔化并粘結(jié)在一起。

準(zhǔn)同步焊接(Quasi-simultaneous welding)： 該技術(shù)綜合了上述兩種焊接技術(shù)。利用反射鏡產(chǎn)生高速激光束(至少10 米/秒的速度)，并沿著待焊接的部位移動，使得整個焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。

掩模焊接（mask welding）：激光束通過模板進(jìn)行定位、熔化并粘結(jié)塑料，該模板只暴露出下面塑料層的一個很小的、精確的焊接部位。使用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低至10微米的高精度焊接。掩膜焊接是瑞士萊丹（Leister）公司的專利技術(shù)。

圖 3: 順序型周線焊接、同步焊接和準(zhǔn)同步焊接技術(shù)（左到右）

Globo焊接(GLOBO Welding)是沿著產(chǎn)品的輪廓周線進(jìn)行焊接的，它是瑞士萊丹（Leister）公司的專利技術(shù)。激光束經(jīng)由氣墊式，可無摩擦任意滾動的玻璃球點(diǎn)狀式的聚焦于焊接界面，該玻璃球不僅僅進(jìn)行聚焦而且也充當(dāng)機(jī)械夾緊夾具。當(dāng)該球在表面上滾動時，為接合面提供了持續(xù)壓力。這就確保了在激光加熱材料的同時有壓力夾緊。該玻璃球取代了機(jī)械夾具，同時擴(kuò)大了激光焊接在連續(xù)三維焊接中的應(yīng)用范圍。

塑料激光焊接應(yīng)用

在汽車工業(yè)，激光焊接塑料技術(shù)可用于制造很多汽車零部件，如燃油噴嘴、變檔機(jī)架、發(fā)動機(jī)傳感器、駕駛室機(jī)架、液壓油箱、過濾架、前燈和尾燈等。其它汽車方面的應(yīng)用還包括進(jìn)氣管光歧管的制造以及輔助水泵的制造。

圖 4: 激光焊接技術(shù)加工的汽車前燈，使用了可以聚焦激光同時還起到夾持工具作用的玻璃球面

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)可用于制造液體儲槽、液體過濾器材、軟管連接頭、造口術(shù)袋子、助聽器、移植體、分析用的微流體器件等。

圖 5: 激光焊接技術(shù)制造的微流體器件，利用了該技術(shù)的高精度的特點(diǎn)

激光焊接是一項(xiàng)無振動技術(shù)，因此它特別適合用于加工精密的電子元器件。通過激光技術(shù)制造的器材有鼠標(biāo)、移動電話、連接器件等。激光技術(shù)制造的汽車電子產(chǎn)品有自動門鎖、無鑰匙進(jìn)出設(shè)備以及傳感器等。

激光還可以將塑料薄膜焊接在一起，它沿著薄膜的邊緣移動，通過粘接作用形成一個包裝用的封體結(jié)構(gòu)。操作過程可以完成的非常快。根據(jù)TWI公司的資料，它使用100W的二氧化碳激光可以以100米/分的速度焊接100微米的聚乙烯薄膜。

圖 6:激光焊接兩聚乙烯薄膜的顯微圖象

LED大功率有很多種，如LED大功率路燈、LED大功率射燈、LED大功率投光燈、LED大功率水底燈、LED大功率天花燈、LED大功率洗墻燈、LED大功率隧道燈……

其中，LED大功率路燈和LED大功率洗墻燈應(yīng)用的是最為多的，也是最流行的。

散熱和可靠性是影響大功率LED應(yīng)用主要因素 。LED封裝光源的散熱問題，一直是LED產(chǎn)品開發(fā)中遇到非常重要的問題，其中產(chǎn)品材料的導(dǎo)熱性能就非常之關(guān)鍵。陶瓷材料是導(dǎo)熱性能非常好的材料，它有導(dǎo)熱率高，良好的物量性能（不不收縮，不變形），良好的絕緣性能與導(dǎo)熱性能。因此，采用陶瓷材料將是未來LED產(chǎn)品開發(fā)的主流趨勢。

led大功率缺點(diǎn)

由于大功率白光LED的轉(zhuǎn)換效率還較低，光通量較小，成本較高等方面因素的制約，因此大功率白光LED短期內(nèi)的應(yīng)用主要是一些特殊領(lǐng)域的特種工作燈具，中長期目標(biāo)才能是通用照明領(lǐng)域。

led大功率優(yōu)點(diǎn)

LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。

體積小

LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。

耗電量低

LED耗電非常低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超

過0.1W。

使用壽命長

在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬小時。

高亮度、低熱量

比HID或白熾燈更少的熱輻射。

環(huán)保

LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。紅光LED含有大量的As（砷），劇毒

堅(jiān)固耐用

LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。

可控性強(qiáng)

可以實(shí)現(xiàn)各種顏色的變化。