國內(nèi)塑料激光焊接設備的研發(fā)進展
【摘 要】綜述了一種新型的焊接設備——塑料激光焊接設備，介紹了這種激光焊接塑料技術的發(fā)展狀況，分析了國內(nèi)塑料激光焊接設備的生產(chǎn)企業(yè)的技術特點，以及結合工業(yè)自動化領域來闡述今后該設備的發(fā)展方向。
 
【關鍵詞】激光技術；塑料激光焊接；焊接設備
 
0.引言
 
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的塑料焊接設備主要有熱熔焊接設備、高頻焊接設備、震動摩擦焊接設備和超聲波焊接設備等，這些設備要么對焊接的塑料零件外形和尺寸有要求，要么焊后塑料零件有飛邊溢出，有時還會有開焊現(xiàn)象出現(xiàn)，另外在焊接過程中使工件震動強烈，大大的降低了工件的使用壽命。而用激光來焊接塑料可以克服上述缺點，既能保證焊接質(zhì)量又能達到外表美觀的效果，隨著激光技術的發(fā)展，以及成本的降低，將激光技術應用到塑料焊接領域顯得格外重要。
 
1.激光焊接的工作原理
 
激光焊接技術采用激光透射原理，將兩個塑料零件邊緣焊接在一起。要求兩個零件一個具有良好的透光性，另一個具有良好的吸光性，如圖1所示，當激光束3穿過透光性良好的零件1，照射在具有吸光性的零件2表面時，瞬間產(chǎn)生高溫，使零件2表面融化，并使兩零件粘結在一起。由于塑料尺寸穩(wěn)定性差，易變形的特性，故塑料零件的實際尺寸與理論尺寸有一定差別。為了使兩個塑料工件的焊接面能夠無縫緊密的接合在一起，就必須用特殊的夾具將兩個零件邊緣牢固的夾緊，這樣焊后質(zhì)量較好。
 
2.塑料激光焊接設備的組成
 
首先是激光系統(tǒng)，它是實現(xiàn)焊接功能的關鍵部分。是塑料激光焊接技術的體現(xiàn)，是整套設備的核心技術所在。其次是焊接系統(tǒng)，是整套設備的載體，是實現(xiàn)焊接要求的執(zhí)行部分。從某一角度來說就是工業(yè)自動化生產(chǎn)線。第三是空氣凈化系統(tǒng)，這部分是輔助功能，目的是提高設備環(huán)境保護的能力。最后是控制系統(tǒng)，它是設備運行的靈魂。
 
3.國內(nèi)塑料激光焊接企業(yè)現(xiàn)狀
 
由于該行業(yè)在國內(nèi)起步較晚，所以大部分企業(yè)對其了解也是在研究階段，況且國外對該技術的封鎖，使得我國在對該領域的設備研究方面的企業(yè)較少，從目前情況來看可以分為兩部分：一類是激光系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)，具體說就是激光器及其元器件，這類企業(yè)數(shù)量較多，且規(guī)模都很小，這類企業(yè)的產(chǎn)品可以分為三種：a.只生產(chǎn)激光器的零部件；b.生產(chǎn)激光器的零部件，并將其組裝成激光器，例如頂尖科儀，蘇州德龍等；c.購買國外激光器零件，然后組裝成激光器，例如武漢華日，恩耐激光等。另一類是購買激光器，然后集成焊接設備，這類企業(yè)數(shù)量較少，但規(guī)模較大，這類企業(yè)又分成兩種：a.集成的焊接設備是標準的，上海萊丹；b.焊接設備是非標的，例如沈陽新松、武漢華中等。
 
第一類企業(yè)只是生產(chǎn)激光器及其零部件，從企業(yè)生產(chǎn)角度看不能直接被企業(yè)應用于實際，必須通過第二類企業(yè)來實現(xiàn)集成，但是很多第一類企業(yè)都集成國外的激光器零部件，造成激光器的成本受制于人，而國內(nèi)制造激光器零部件的企業(yè)的研發(fā)水平又有限，使得我國焊接激光器的研發(fā)有待提高。
 
第二類企業(yè)是設備集成商，是最終實現(xiàn)焊接的執(zhí)行者，對于這類企業(yè)，要求他們不但具有激光焊接技術的應用能力，還要有大型加工制造能力，因為焊接質(zhì)量的好壞一部分因素取決于機械載體的穩(wěn)定性和設備的自動化水平的高低。
 
上海萊丹公司是瑞士萊丹在中國的子公司，該公司的塑料激光焊接設備研發(fā)的較早，在國內(nèi)市場上有一定的影響力，該公司的產(chǎn)品均為標準設備。該機型將激光系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和控制系統(tǒng)集為一體，具有占地面積小，成本低的優(yōu)點，但是對焊接的塑料零件尺寸和形狀有限制。
 
沈陽新松機器人公司自主研制的JL系列塑料激光焊接機填寫了國內(nèi)空白，它將激光焊接技術與自動化裝備結合在一起，具有自動化水平高、生產(chǎn)批量大，而且可以焊接異型和三維表面工件等優(yōu)點，可廣泛的應用在汽車行業(yè)、航天工業(yè)、包裝領域、醫(yī)療器械、各類電子產(chǎn)品、玩具制品及各種日常消耗品等領域。
 
4.以塑料激光焊接機為例簡略介紹各系統(tǒng)
 
4.1焊接系統(tǒng)
 
該系統(tǒng)包括預擋停，主擋停，焊接，廢料擋停等四個工位。焊接工位包括夾具定位、舉升、壓緊、焊接、釋放五個過程。該系統(tǒng)是焊接功能的直接執(zhí)行者，是整套系統(tǒng)的載體，利用自動化生產(chǎn)線的特點實現(xiàn)每一步動作。
 
4.2激光系統(tǒng)
 
主要由激光發(fā)射器、光纖以及激光頭等組成。激光發(fā)射器內(nèi)部有產(chǎn)生激光的模塊，通過光纖導入激光頭，從而使其發(fā)射激光。
 
4.3空氣凈化系統(tǒng)
 
配備該空氣凈化系統(tǒng)是為了消除焊接過程中產(chǎn)生的氣味，起到過濾空氣的作用，達到環(huán)保的目的，也是為了操作人員的健康著想。
 
該系統(tǒng)的工作過程分兩部分，首先是在焊接機內(nèi)部進行吸風，其次是在除塵器內(nèi)部進行過濾凈化空氣。重要的是吸風過程分為兩次，先是在激光頭附進進行一次源頭吸風，考慮到吸風的不充分性，在焊接區(qū)域內(nèi)又進行二次過程中吸風，雙重吸風達到高標準的環(huán)保要求。另外除塵器內(nèi)部的濾芯有反吹功能，延長使用壽命。
 
4.4控制系統(tǒng)設計
 
控制系統(tǒng)是主要分為兩部分，一部分是對電氣原件的控制，另一部分是通過對系統(tǒng)軟件的控制進而對焊接工藝參數(shù)進行調(diào)整。這里需要說明的是對激光器的控制并非傳統(tǒng)的單一方式，它柔和了軟件調(diào)控，溫度值反饋以及信號觸發(fā)三種方式。重要的是可以隨時觀察到焊接質(zhì)量好壞，通過系統(tǒng)輸出的圖像判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如圖2：
 
為了提高自動化水平，滿足不同企業(yè)的生產(chǎn)要求，該焊接機將激光系統(tǒng)和焊接系統(tǒng)融合在一起。低碳、環(huán)保、降低勞動強度、生產(chǎn)效率高，適用于產(chǎn)業(yè)化集群的大批量生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本，具有智能化控制系統(tǒng)。但是該設備占地面積較大，各系統(tǒng)分散在外，不便于批量生產(chǎn)和運輸，和國外產(chǎn)品還有一定差距。
 
5.結語 通過上面的論述，可以看出我國激光焊接領域還是比較新的，大部分企業(yè)還處于起步階段，尤其是生產(chǎn)元器件企業(yè)規(guī)模還很小，有的企業(yè)技術還需要依賴進口，這也說明了我國在該技術領域還有待提高。另外制造激光焊接成套設備的企業(yè)較少，且還在探索中成長。為了能夠更好的和國際化水平接軌，為了我們的激光器元器件不依賴進口，就應該加大對激光器的研發(fā)，培樣更多的企業(yè)生產(chǎn)制塑料焊接成套設備的能力，使我國的塑料加工行業(yè)進入一個新的征程。