Spawanie laserowe metodą transmisyjną

Spawanie laserowe metodą transmisyjną

Kluczowe wnioski

• Jedna część przepuszcza wiązkę, druga ją pochłania. Wiązka przechodzi przez górny element i oddaje energię na granicy złącza.
• Ciepło powstaje tylko tam, gdzie jest potrzebne, więc proces nie wprowadza wibracji ani cząstek.
• O jakości spoiny po zapewnieniu odpowiedniej absorpcji decyduje spasowanie – szczeliny nie da się zamknąć większą mocą.
• Sadza jest tradycyjnym absorberem, dlatego tak wiele zespołów spawanych laserowo jest ciemnych.

Spawanie laserowe metodą transmisyjną

Spawanie laserowe metodą transmisyjną to proces łączenia, w którym wiązka bliskiej podczerwieni przechodzi przez transmisyjny element górny i jest pochłaniana na powierzchni elementu dolnego, generując ciepło dokładnie na granicy złącza, tak że obie powierzchnie topią się i łączą pod naciskiem zacisku. Jest to dominująca konfiguracja spawania laserowego tworzyw termoplastycznych i powód, dla którego technika ta w ogóle nadaje się do materiałów, które w innym przypadku uległyby uszkodzeniu przez nagrzewanie powierzchni.

Zaletą takiego układu jest to, że energia jest wprowadzana do wnętrza zespołu, a nie na jego zewnątrz. Nic na powierzchni widocznej nie nagrzewa się w istotnym stopniu, więc powierzchnie estetyczne pozostają nienaruszone, a do zespołu nie jest przykładana żadna energia mechaniczna – dlatego metoda nadaje się do obudów zawierających elektronikę, czujniki lub ścieżki płynów, które spawanie ultradźwiękowe lub wibracyjne by zakłóciło.

Co musi zapewnić każda połowa złącza

Obie części powinny być zazwyczaj wykonane z tego samego polimeru lub z polimerów o wykazanej zgodności. Różne materiały o odmiennych temperaturach topnienia i lepkościach rzadko dają solidną spoinę, niezależnie od układu optycznego.

Konstrukcja złącza i spasowanie

Gdy absorpcja jest odpowiednia, jakość spoiny staje się kwestią mechaniczną. To tu większość programów faktycznie kończy się sukcesem lub porażką:

• Ścisły kontakt jest obowiązkowy. Stopiony materiał musi pokonać granicę złącza, a szczelina nie daje mu niczego, do czego mógłby się połączyć. Dostarczanie energii przez szczelinę powoduje przepalenie materiału zamiast jego spawania.
• Tolerancja szczeliny jest ostrzejsza niż w spawaniu ultradźwiękowym lub wibracyjnym. Odkształcenia części i tolerancje formowania trzeba kontrolować właśnie względem złącza, a nie tylko względem ogólnych wymiarów części.
• Należy zaprojektować złącze pozycjonujące. Stopień, złącze wpust-wypust lub złącze ścinane ustawia części i koncentruje stopiony materiał tam, gdzie jest potrzebny, zamiast liczyć na idealne zetknięcie płaskich powierzchni.
• Docisk musi być jednakowy wzdłuż ścieżki spoiny. Nierówny nacisk daje spoinę mocną w jednych miejscach i nieobecną w innych.
• Narzędzie dociskowe znajduje się w torze wiązki. Szklane lub akrylowe płyty dociskowe muszą być utrzymywane w czystości i bez rys, ponieważ ich stan bezpośrednio zmienia dostarczaną energię.
• Ścieżkę spoiny należy prowadzić z dala od punktów wtrysku i linii łączenia w elemencie transmisyjnym, które lokalnie rozpraszają wiązkę i tworzą powtarzalne słabe miejsce.

Strategie spawania

Diagnostyka wad spoin

Powiązane terminy i lektury

• Spawanie laserowe tworzyw sztucznych
• Dodatki laserowe o podwójnym zastosowaniu
• Spawanie laserowe tworzyw sztucznych – przewodnik
• Dobór sadzy do spawania metodą transmisyjną

Zastosowanie w produkcji

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie opracowania spawania metodą transmisyjną, doboru par materiałów i kwalifikacji złączy. Jeśli określają Państwo proces, kwalifikują materiał lub usuwają problem produkcyjny, pomoże Państwu nasz zespół usług inżynieryjnych. Prosimy o kontakt, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego jedna część musi przepuszczać wiązkę, a druga ją pochłaniać?

Aby ciepło powstawało na granicy złącza, a nie na zewnątrz zespołu. Wiązka przechodzi przez górny element bez oddawania istotnej energii, jest pochłaniana na powierzchni dolnego, a powstałe ciepło topi obie powierzchnie razem pod naciskiem zacisku. Dzięki temu powierzchnie estetyczne i elementy wewnętrzne przetrwają proces, w którym kilka milimetrów dalej trwa spawanie.

Czy przezroczysta część z pewnością dobrze przepuszcza wiązkę?

Nie, a takie założenie powoduje wiele zmarnowanych prac rozwojowych. Przejrzystość widzialna i transmisja w bliskiej podczerwieni to różne właściwości: część może wyglądać jak czysta woda i mimo to tłumić wiązkę przy 1064 nm, a polimer półkrystaliczny rozprasza wiązkę na obszarach krystalicznych niezależnie od wyglądu. Transmisję należy mierzyć dla długości fali roboczej, a nie oceniać na oko.

Dlaczego spoina jest słaba, mimo prawidłowej zawartości absorbera?

Zwykle przez spasowanie. Powierzchnie muszą pozostawać w ścisłym kontakcie pod naciskiem zacisku, ponieważ stopiony materiał musi pokonać granicę złącza; tam, gdzie jest szczelina, dodatkowa energia przepala materiał zamiast ją zamykać. Spawanie laserowe gorzej toleruje szczeliny niż ultradźwiękowe lub wibracyjne, więc tolerancję złącza i odkształcenia części trzeba kontrolować właśnie przy spoinie.

Czy zespół spawany laserowo musi być czarny?

Już nie. Sadza jest tradycyjnym absorberem i pozostaje najtańsza, dlatego tak wiele zespołów spawanych laserowo jest ciemnych, ale dodatki o podwójnym zastosowaniu i pochłaniające bliską podczerwień zapewniają dziś absorpcję bez wizualnej czerni. Pozwala to uzyskać zespoły jasne, kolorowe, a w niektórych systemach niemal przezroczyste, przy wyższym koszcie dodatku.

Którą strategię spawania wybrać?

Spawanie konturowe nadaje się do dużych lub złożonych ścieżek przy umiarkowanym koszcie oprzyrządowania; skanowanie quasi-jednoczesne topi całe złącze razem, co pozwala na zapadnięcie złącza i lepiej toleruje drobne szczeliny, dlatego jest zwykłym wyborem dla połączeń hermetycznych; spawanie jednoczesne daje najkrótszy cykl w produkcji wielkoseryjnej o stałej geometrii, przy najwyższym koszcie oprzyrządowania. Zazwyczaj decydują tolerancja szczeliny i wolumen.

---