塑料激光焊接的本質(zhì)是將熱作用區(qū)的待焊接塑料融化，隨后冷卻自然實現(xiàn)塑料件的接合，讓塑料融化需要使塑料件吸收足夠的激光能量。傳統(tǒng)意義上的塑料激光焊接指的是激光穿透焊接，上層塑料要能夠讓激光可以穿透，下層工件要能夠吸收激光的能量。因此，材料的激光穿透率在用焊接工藝的時候是必要的考量因素，本文以PA、PBT為例講解激光穿透率的檢測方法。
焊接材料焊接性對照表
簡介
相比PC、PMMA等無定型材料，尼龍、PBT等半晶材料的激光穿透率較低。如果是黑色的含有玻纖的激光可穿透的PA、PBT等材料，其激光穿透率就更低。而塑料材料足夠且穩(wěn)定的激光穿透率對于塑料激光焊接工藝的批量生產(chǎn)至關(guān)重要。
激光穿透率
在塑料激光焊接過程中，激光打到上層穿透層塑料表面時，一部分激光會反射掉，另一部分激光會折射進(jìn)入到塑料材料的內(nèi)部；進(jìn)入到塑料材料內(nèi)部的激光，一部分會穿透塑料材料抵達(dá)激光吸收層，而另一部分激光則在塑料材料內(nèi)部發(fā)生復(fù)雜的光路變化：有一些會被半晶顆粒漫反射、有一些被材料吸收、另一些經(jīng)過各種反射又會回到空氣中或者進(jìn)入到吸收層材料。在實際的生產(chǎn)中，激光一般都是垂直入射上層塑料，因此我們可以將上述簡略分為：一部分激光被反射（R），一部分激光被吸收（A），一部分激光穿透上層塑料抵達(dá)吸收層（T）。上述T+A+R=1。
來源：DVS – DEUTSCHER VERBAND FüR SCHWEISSEN UND VERWANDTE VERFAHREN E.V.
激光穿透率的檢測方法
1. 使用激光功率計直接檢測
對于已經(jīng)有塑料激光焊接設(shè)備的客戶，可以直接使用激光功率計來測試塑料材料的激光穿透率。先使用一個激光功率設(shè)置觸發(fā)激光，讀出激光功率計的讀數(shù)P0。而后讓同樣設(shè)置的激光穿透需要檢測的塑料材料，功率計得到第二個數(shù)值PP。激光穿透率T=PP/P0。這種檢測方法相對比較簡單，但是缺點在于只能檢測激光穿透部件是平整片材的工件。
手持式激光功率計 圖源于Ophir官網(wǎng)
2. 使用光度計進(jìn)行檢測
借助于光度測量儀器確定透射率T是通過由不同輻射通量產(chǎn)生的兩個電信號的比率形成來實現(xiàn)的，簡單來講是使用一個800-1000nm的發(fā)光二極管輻射極低的激光瓦數(shù)（5mW），該mW級別的激光穿透待檢測的塑料片材后，被另一邊的光度檢測器檢測，該光度檢測器產(chǎn)生與發(fā)光二極管的輻射激光量成比例的電信號，這一比例值即為測到的激光穿透率。這一測試方法目前在市面上使用比較廣泛，這種方法檢測存在的弊端也是顯而易見的：一方面，由于輻射端發(fā)出的激光功率非常小，其穿透檢測材料后，被另一端的傳感器接收到的輻射量就更小，因此存在檢測數(shù)值非常不準(zhǔn)或者根本檢測不到激光穿透率。另一方面這種檢測方式只能單點檢測，這樣不足以說明塑料部件焊接區(qū)域的激光穿透率情況。
單波長雙光束分光光度計原理 圖源中國粉體技術(shù)網(wǎng)
3. 使用全光譜檢測儀
使用全光譜檢測儀可以測試所有波段的光對塑料材料的穿透率，因為設(shè)備昂貴且沒有必要檢測所有波段的光對于塑膠材料的穿透率，這種檢測方法在實際生產(chǎn)中使用較少，一般在科研院所或者塑料材料制造商處使用較多。
全光譜穿透率檢測PMMA, PA6, PP以及PC的光譜穿透率，2mm厚
來源：DVS – DEUTSCHER VERBAND FüR SCHWEISSEN UND VERWANDTE VERFAHREN E.V.
4. 全焊縫掃描塑料激光穿透率檢測儀
筆者比較推薦的激光穿透率檢測方法是使用掃描式的照相設(shè)備進(jìn)行激光穿透率檢測。該設(shè)備使用與激光塑料焊接相同波段的激光光源，因此可以準(zhǔn)確測量待檢塑料產(chǎn)品的激光穿透率。同時，該塑料激光穿透率檢測儀可以對整個焊縫進(jìn)行拍照掃描，得出整個焊接區(qū)域的激光穿透率情況以及注塑缺陷。在部分應(yīng)用中，甚至可以檢查塑料激光焊接后焊縫的質(zhì)量情況，作為質(zhì)量監(jiān)控的手段之一。
本文來源：www.laserpolymer.com
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9月17日
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