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半导体激光器用于塑料焊接与选择性焊接

作者:admin 来源:未知 点击:173 更新时间:2019-04-03
除了传统的焊接方法, 激光焊接 塑料已被证实是一种可靠的材料焊接方法,并广泛应用在汽车、电子、医疗、保健、食品包装和消费电子产品市场。直接输出半导体激光器由于具备灵活的功率可控性和非接触式温度测量功能,使其尤其成为此类应用理想的工具。当它们被用于焊接微小和敏感的塑料部件或在温度敏感的环境下焊接细小部件时,这些优点都将得以充分体现。
 
   选择性焊接
 
  电子元件的选择性焊接是一种使用填充材料(焊料)填充到连接间隙让物质表面连接起来的方法。选择性焊接主要用于把电子元件连接到电路板或传导路径上这类生产工艺中。
 
  对于一些电子应用,例如在电子元件和PCB包括焊料在一个热箱中同时被加热,大量采用焊接加工是非常合适的。对于热敏元件或在热敏环境下的焊接(如塑料外壳),选择性焊接的方法是非常理想的必选方案。传统的选择性焊接要求热表面有机械接触,但在空间有限、限制接触或流入连接口热量被控制的情况下,激光焊接发挥了明显的优势。激光焊接能将所有输入能量精准有效地转化与应用。例如,小元件可获得良好的焊接效果,同样对于一些不可加热的元件或热敏焊接部件,效果非常显著。案例见图1。
 
  光纤耦合直接输出半导体激光器往往被用于选择性激光焊接工艺。在光纤的输出端,激光束会通过一个固定的聚光元件或扫描镜。该光源常见的输出芯径是180μm。加工所需的焊接材料可由送丝系统提供或通过预先添加焊膏或镀锡。
 
  高温计加工控制
 
  焊接过程主要分为三个阶段:加热、变形和润湿。第一阶段需要提高被焊接部件的温度至焊材的要求。在第二阶段,焊材流入被润湿的部分,这个阶段的持续时间需要根据部件的大小、以及焊接连接处的大小与情况相应地调整。焊接温度必须保持不变。最后阶段,熔化的焊材将被焊接的金属部件表面件,过程中要求表面无杂质和氧化物层。
 
  温度优化与时间特征对于选择性焊接能否取得最佳效果是至关重要的。例如,图2显示的适时温度走势,是由一个非接触式温度测量结合半导体激光系统得到的,这里面一个高温计观察路径与聚焦激光束位于同轴。焊接口温度与半导体系统的功率输出形成闭环回路,这为加工提供了精确控制。需要注意的是高温计测量,也可用于良好焊接口的自动验证和排除不良接口。
 
  塑料焊接
 
  激光焊接塑料是一种传输加工,这一过程中,被焊接的元件部分是重叠的。正如图3所示,上面连接口传输的激光辐射被下面即将被连接的部分吸收了,它被熔化了。热量传输也熔化了上层材料,并在两个部件之间产生了焊缝。采用这种方法,激光波长的传输属性对于部件焊接的效果是非常重要的。
 
  通常情况下,半导体激光器用于塑料焊接的输出近红外波长在800至1000 nm之间。大多数非染色的热塑性塑料在此波长范围有着良好传输效果。
 
  一种吸收材料,如碳黑可以被添加到空隙和/或特殊的添加剂也可以掺入到塑料中。颜色的组合是可能的,对于普通光它是几乎透明的,但对上述波长的激光它是可吸收或可达到强烈吸收。
 
   使用激光加工的优势
 
  激光焊接已经与传统的材料连接方法产生了竞争,而且相关的工艺优势在未来将越来越突出。特别是,控制能量输入到连接区域的方法已被发现,这对于许多生产线是一个重要的优势。
 
  质量和加工控制
 
  与其它连接方法一样,激光焊接也出现了质量控制的问题。怎样才能在焊接过程中确保质量和/或将劣质部分从良好部分中分离出来?如何通过适当的加工控制减少废弃部件的数量?一个质量评估的方法,也被用来在超声波焊接,就是用来测量一组焊接路径的参数变化。这一路径可由一个扫描振镜得以实现,它驱动激光束围绕一个固定的封闭路径,快速使用两个内部的反射镜.
 
   激光束被迅速偏转到一个可编程焊接轮廓,这轮廓几乎同时被熔化。使用机械夹具按压上部使之进入熔化材料,可以测量到一个有限的塌陷。如果连接的两部分是相容的和可焊接的,其中一部分可填平坍塌处,并产生质量良好的焊缝。如果预定的时间距离曲线没有得到满足,那么焊缝质量可能不够充分,这一部件也可能最终被废弃。
一种评估焊接质量的替代方法是,通过使用远程高温计测量焊接过程中的熔融材料。装备高温计的加工头结合半导体激光器可快速控制焊接温度和焊接缺陷的检测。当被焊接元件相关的光学性质表现出某些不均匀时,焊接过程中温度控制的优点(所谓的闭环过程)就非常明显了。当部件被玻璃纤维强化时这样的不均匀性可能会出现。例如,有了自动激光功率控制维持所需的温度,这些不均匀都可以被补偿。此外,尽管一个有缺陷的焊区不能通过测温控制得到补偿,但温度信号的突然升高(其原因,例如,一个受污染的表面吸收更多的激光辐射,或两个焊接部件缺乏或不存在机械接触)可以表明这一点。同样,高温计可以测量所需的焊接温度能否达到,例如激光功率不足。如果上部和下部的温度超出了软件定义的温度,受影响的部件可能会被废弃。每个焊缝允许的单独的加工量是可映射和可追溯的。
 
  总结
 
  选择性焊接
 
  激光选择性焊接在实践中逐渐完善,它广泛应用于许多工业领域。对输出功率良好的可控性使半导体激光成为这一技术的理想工具。结合高温计,温度控制焊接带来了高加工稳定性和稳定的高质量。因此,焊接内部温度敏感的外壳(例如塑料外壳)和对温度敏感的设备如LED元件的可靠焊接,都是可能实现的。
 
  塑料焊接
 
激光焊接 塑料是一个既定的加工,越来越多地应用于不同的市场,并取代传统的焊接方法。在医疗装置制造中,例如,清洁加工是强制要求的。因此,激光焊接特别适用于这一市场。在汽车供应行业,部件配备了敏感电子元件或导航与容器液体,在这里激光焊接成了必选的方法。与加工控制相结合,半导体激光器未来将应用于更多不同的领域。
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