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塑料激光焊接的本質是將熱作用區的待焊接塑料融化，隨后冷卻自然實現塑料件的接合，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定的激光穿透率對于塑料激光焊接工藝的批量生產至關重要。

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入到塑料材料的內部；進入到塑料材料內部的激光，一部分會穿透塑料材料抵達激光吸收層，而另一部分激光則在塑料材料內部發生復雜的光路變化：有一些會被半晶顆粒漫反射、有一些被材料吸收、另一些經過各種反射又會回到空氣中或者進入到吸收層材料。在實際的生產中，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

對于已經有塑料激光焊接設備的客戶，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置觸發激光，讀出激光功率計的讀數P0。而后讓同樣設置的激光穿透需要檢測的塑料材料，功率計得到第二個數值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

 

2. 使用光度計進行檢測

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生的兩個電信號的比率形成來實現的，簡單來講是使用一個800-1000nm的發光二極管輻射極低的激光瓦數（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，該光度檢測器產生與發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，因此存在檢測數值非常不準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 圖源中國粉體技術網

 

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備進行激光穿透率檢測。該設備使用與激光塑料焊接相同波段的激光光源，因此可以準確測量待檢塑料產品的激光穿透率。同時，該塑料激光穿透率檢測儀可以對整個焊縫進行拍照掃描，得出整個焊接區域的激光穿透率情況以及注塑缺陷。在部分應用中，甚至可以檢查塑料激光焊接后焊縫的質量情況，作為質量監控的手段之一。