塑料激光焊接的質(zhì)量控制方案

激光塑料焊接是一項新興的技術(shù)，發(fā)展也越來越成熟，應(yīng)用場景越來越多。針對不同的產(chǎn)品和客戶，質(zhì)量要求可能不一樣。松盛光電來給大家介紹激光塑料焊接的質(zhì)量控制，要注意哪些方面。

焊接前(Pre-Process)

從外采購或者自制的塑料件需要進(jìn)行以下檢查：

尺寸公差

激光透色率

熔化特性

需要采用專用儀器檢查或者提交給專業(yè)的第三方進(jìn)行檢查。大多數(shù)情況下，對新打樣的零件以及不同批次的零件進(jìn)行抽檢。

焊接中(In-Process)

根據(jù)設(shè)備功能，可進(jìn)行以下測量：

激光功率測量

激光模塊電流和電壓測量

溫度測量

焊接距離測量

根據(jù)測量結(jié)果是否反饋到焊接過程中，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制，數(shù)據(jù)可以查看和分析焊接質(zhì)量。閉環(huán)控制，數(shù)據(jù)可以實時反饋控制焊接過程，例如只有達(dá)到設(shè)定的焊接深度后停止焊接。

焊接后(Post-Process)

焊接完成后，可在下一道工序進(jìn)行檢測，以確保焊接質(zhì)量。根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，常見的測試如下：

壓力或真空密封性試驗

機(jī)械拉/壓力試驗

焊縫剖面的圖像分析

另外，破壞性測試應(yīng)隨機(jī)和定期抽取，以驗證批量生產(chǎn)中的焊接強(qiáng)度。

焊接距離(塌陷位移)測量

在同步和準(zhǔn)同步的激光焊接過程中，一圈焊縫同時是軟化的或者液態(tài)的，通過施加的夾緊力將部分熔膠擠出并實現(xiàn)連接。該過程中，上方零件向下移動，焊接距離/塌陷距離通常是0.1-0.4mm。

典型的激光焊接的塌陷位移曲線如上圖。首先會檢測到一個小小的上升，這是因為塑料的熱膨脹。一旦塑料充分的熔化，液體熔料會被擠壓出焊縫，焊縫下方的塑料會進(jìn)一步熔化，焊接深度不斷加大。當(dāng)激光關(guān)閉，塌陷不會立刻停止。焊縫處熔料會冷卻和凝固，這時會觀察到一個微小且滯后的位移。

塌陷位移可以彌補(bǔ)塑料件變形和裝配間隙，保證一周焊縫完整無間隙，提高強(qiáng)度和密封性。

非接觸式溫度測量

高溫計測量從表面發(fā)出的熱輻射。物體越熱，發(fā)出的熱輻射越多、波長越短。如果高溫計在標(biāo)準(zhǔn)溫度的輻射源上校準(zhǔn)過，就可以得到準(zhǔn)確的溫度值。

如果沒有校準(zhǔn)，溫度測量值會偏低。

比較有趣的是，在100-400℃的溫度范圍內(nèi)，塑料焊接熱輻射的紅外波長大約幾個微米。

由于在激光塑性焊接中，焊縫不是在上方零件表面，而是在兩零件之間，所以發(fā)出的熱輻射受到上方零件的影響。較長波長的紅外輻射被上方零件吸收，無法到達(dá)上零件表面。因此，只有短波長才能用于溫度測量。通常使用的溫度檢測元件是半導(dǎo)體光電二極管。

由于熱輻射部分被上方零件吸收，因此不能得到絕對溫度，只能得到一個相對溫度信號。該信號可以與同一零件的焊接OKAY件的信號進(jìn)行比較。

如果想要獲得絕對溫度值，高溫計必須專門針對同樣類型塑料和同樣厚度的零件進(jìn)行校準(zhǔn)。在實際工作中，并不會做這樣的標(biāo)定，只是對比分析相對溫度信號。