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PA、PBT等材料激光穿透率的检测方法
塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合,让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。传统意义上的塑料激光焊接指的是激光穿透焊接,上层塑料要能够让激光可以穿透,下层工件要能够吸收激光的能量。因此,材料的激光穿透率在用焊接工艺的时候是必要的考量因素,本文以PA、PBT为例讲解激光穿透率的检测方法。


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焊接材料焊接性对照表


简介

相比PC、PMMA等无定型材料,尼龙、PBT等半晶材料的激光穿透率较低。如果是黑色的含有玻纤的激光可穿透的PA、PBT等材料,其激光穿透率就更低。而塑料材料足够且稳定的激光穿透率对于塑料激光焊接工艺的批量生产至关重要。

激光穿透率

在塑料激光焊接过程中,激光打到上层穿透层塑料表面时,一部分激光会反射掉,另一部分激光会折射进入到塑料材料的内部;进入到塑料材料内部的激光,一部分会穿透塑料材料抵达激光吸收层,而另一部分激光则在塑料材料内部发生复杂的光路变化:有一些会被半晶颗粒漫反射、有一些被材料吸收、另一些经过各种反射又会回到空气中或者进入到吸收层材料。在实际的生产中,激光一般都是垂直入射上层塑料,因此我们可以将上述简略分为:一部分激光被反射(R),一部分激光被吸收(A),一部分激光穿透上层塑料抵达吸收层(T)。上述T+A+R=1。

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来源:DVS – DEUTSCHER VERBAND FÜR SCHWEISSEN UND VERWANDTE VERFAHREN E.V.


激光穿透率的检测方法

1. 使用激光功率计直接检测

对于已经有塑料激光焊接设备的客户,可以直接使用激光功率计来测试塑料材料的激光穿透率。先使用一个激光功率设置触发激光,读出激光功率计的读数P0。而后让同样设置的激光穿透需要检测的塑料材料,功率计得到第二个数值PP。激光穿透率T=PP/P0。这种检测方法相对比较简单,但是缺点在于只能检测激光穿透部件是平整片材的工件。


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手持式激光功率计 图源于Ophir官网


2. 使用光度计进行检测

借助于光度测量仪器确定透射率T是通过由不同辐射通量产生的两个电信号的比率形成来实现的,简单来讲是使用一个800-1000nm的发光二极管辐射极低的激光瓦数(5mW),该mW级别的激光穿透待检测的塑料片材后,被另一边的光度检测器检测,该光度检测器产生与发光二极管的辐射激光量成比例的电信号,这一比例值即为测到的激光穿透率。这一测试方法目前在市面上使用比较广泛,这种方法检测存在的弊端也是显而易见的:一方面,由于辐射端发出的激光功率非常小,其穿透检测材料后,被另一端的传感器接收到的辐射量就更小,因此存在检测数值非常不准或者根本检测不到激光穿透率。另一方面这种检测方式只能单点检测,这样不足以说明塑料部件焊接区域的激光穿透率情况。


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单波长双光束分光光度计原理 图源中国粉体技术网


3. 使用全光谱检测仪

使用全光谱检测仪可以测试所有波段的光对塑料材料的穿透率,因为设备昂贵且没有必要检测所有波段的光对于塑胶材料的穿透率,这种检测方法在实际生产中使用较少,一般在科研院所或者塑料材料制造商处使用较多。


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全光谱穿透率检测PMMA, PA6, PP以及PC的光谱穿透率,2mm厚

来源:DVS – DEUTSCHER VERBAND FÜR SCHWEISSEN UND VERWANDTE VERFAHREN E.V.


4. 全焊缝扫描塑料激光穿透率检测仪


笔者比较推荐的激光穿透率检测方法是使用扫描式的照相设备进行激光穿透率检测。该设备使用与激光塑料焊接相同波段的激光光源,因此可以准确测量待检塑料产品的激光穿透率。同时,该塑料激光穿透率检测仪可以对整个焊缝进行拍照扫描,得出整个焊接区域的激光穿透率情况以及注塑缺陷。在部分应用中,甚至可以检查塑料激光焊接后焊缝的质量情况,作为质量监控的手段之一。

本文来源:www.laserpolymer.com


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