國內(nèi)塑料激光焊接設(shè)備的研發(fā)進(jìn)展
【摘 要】綜述了一種新型的焊接設(shè)備——塑料激光焊接設(shè)備，介紹了這種激光焊接塑料技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，分析了國內(nèi)塑料激光焊接設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)，以及結(jié)合工業(yè)自動化領(lǐng)域來闡述今后該設(shè)備的發(fā)展方向。
 
【關(guān)鍵詞】激光技術(shù)；塑料激光焊接；焊接設(shè)備
 
0.引言
 
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的塑料焊接設(shè)備主要有熱熔焊接設(shè)備、高頻焊接設(shè)備、震動摩擦焊接設(shè)備和超聲波焊接設(shè)備等，這些設(shè)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(shí)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(qiáng)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(diǎn)，既能保證焊接質(zhì)量又能達(dá)到外表美觀的效果，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，以及成本的降低，將激光技術(shù)應(yīng)用到塑料焊接領(lǐng)域顯得格外重要。
 
1.激光焊接的工作原理
 
激光焊接技術(shù)采用激光透射原理，將兩個(gè)塑料零件邊緣焊接在一起。要求兩個(gè)零件一個(gè)具有良好的透光性，另一個(gè)具有良好的吸光性，如圖1所示，當(dāng)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(shí)，瞬間產(chǎn)生高溫，使零件2表面融化，并使兩零件粘結(jié)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(shí)際尺寸與理論尺寸有一定差別。為了使兩個(gè)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(gè)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(shè)備的組成
 
首先是激光系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)焊接功能的關(guān)鍵部分。是塑料激光焊接技術(shù)的體現(xiàn)，是整套設(shè)備的核心技術(shù)所在。其次是焊接系統(tǒng)，是整套設(shè)備的載體，是實(shí)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(shè)備環(huán)境保護(hù)的能力。最后是控制系統(tǒng)，它是設(shè)備運(yùn)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(shù)的封鎖，使得我國在對該領(lǐng)域的設(shè)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(shè)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(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)的，上海萊丹；b.焊接設(shè)備是非標(biāo)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(yīng)用于實(shí)際，必須通過第二類企業(yè)來實(shí)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(shè)備集成商，是最終實(shí)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(shù)的應(yīng)用能力，還要有大型加工制造能力，因?yàn)楹附淤|(zhì)量的好壞一部分因素取決于機(jī)械載體的穩(wěn)定性和設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。該機(jī)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(diǎn)，但是對焊接的塑料零件尺寸和形狀有限制。
 
沈陽新松機(jī)器人公司自主研制的JL系列塑料激光焊接機(jī)填寫了國內(nèi)空白，它將激光焊接技術(shù)與自動化裝備結(jié)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(diǎn)，可廣泛的應(yīng)用在汽車行業(yè)、航天工業(yè)、包裝領(lǐng)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(lǐng)域。
 
4.以塑料激光焊接機(jī)為例簡略介紹各系統(tǒng)
 
4.1焊接系統(tǒng)
 
該系統(tǒng)包括預(yù)擋停，主擋停，焊接，廢料擋停等四個(gè)工位。焊接工位包括夾具定位、舉升、壓緊、焊接、釋放五個(gè)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(diǎn)實(shí)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(dǎo)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(dá)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(jī)內(nèi)部進(jìn)行吸風(fēng)，其次是在除塵器內(nèi)部進(jìn)行過濾凈化空氣。重要的是吸風(fēng)過程分為兩次，先是在激光頭附進(jìn)進(jìn)行一次源頭吸風(fēng)，考慮到吸風(fēng)的不充分性，在焊接區(qū)域內(nèi)又進(jìn)行二次過程中吸風(fēng)，雙重吸風(fēng)達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)
 
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(jìn)而對焊接工藝參數(shù)進(jìn)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(shí)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(jī)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(qiáng)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(shè)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(yùn)輸，和國外產(chǎn)品還有一定差距。
 
5.結(jié)語 通過上面的論述，可以看出我國激光焊接領(lǐng)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(shù)還需要依賴進(jìn)口，這也說明了我國在該技術(shù)領(lǐng)域還有待提高。另外制造激光焊接成套設(shè)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(jìn)口，就應(yīng)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(shè)備的能力，使我國的塑料加工行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的征程。