16 października 2021


Wybór materiału
Rozważając spawanie laserowe w przypadku określonego procesu, pierwszą kwestią, jaką należy wziąć pod uwagę, jest zdolność materiału, jaki ma być spawany. Tworzywa termoplastyczne mają szeroki zakres topnienia i twardnieją po schłodzeniu. Materiały termoutwardzalne powstają w wyniku reakcji chemicznej pod wpływem ciepła, katalizatora lub światła ultrafioletowego i zostają przekształcone w stan sztywny, trudno topliwy. Nie topią się łatwo, a po wystawieniu na działanie energii cieplnej raczej ulegają rozkładowi. Dlatego materiał stosowany przy spawaniu laserowym, podobnie jak w przypadku spawania dowolnego rodzaju tworzyw sztucznych, musi być tworzywem termoplastycznym. Spawanie może być stosowane w przypadku większości polimerów używanych w produkcji, ale nie będzie przydatne przy takich tworzywach jak: epoksydy, silikony, fenoplasty i inne materiały termoutwardzalne. Inną kwestią, jaką należy wziąć pod uwagę w przypadku spawania tworzyw sztucznych, jest ich zdolność mieszania. Z reguły żywice zgrzewają się ze sobą. Dlatego można spawać PC z PC, PP z PP, polistyren z polistyrenem itd. rys.-2_sObie części się stopią i zmieszają ze sobą, jak pokazano na rysunku 2. Jednakże, jeżeli dwa materiały nie będą kompatybilne ze sobą, to znaczy nie będą się ze sobą łączyć, spoina nie powstanie. Powstanie pewnego rodzaju sczepienie obu części, ale nie – prawdziwa spoina i połączenie będzie można łatwo zerwać. Dlatego zasadniczo większość tworzyw amorficznych, takich jak PMMA, nie tworzy połączeń z półkrystalicznymi tworzywami sztucznymi, takimi jak polietylen. Inną rzeczą godną zainteresowania jest punkt topnienia tworzyw, które są spawane. Podobnie jak w przypadku zdolności mieszania, nie powinno stanowić to problemu, gdy spawane są ze sobą podobne materiały. Jednakże, może to przeszkodzić w spawaniu dwóch różnych materiałów. Z uwagi na to, że tworzywa termoplastyczne mają raczej zakres topnienia, a nie – określony punkt topnienia, możliwe jest, że dwa różne materiały mogą zmięknąć w zakresach nakładających się na siebie. W takim przypadku oba materiały powinny topnieć pod wpływem określonej ilości energii laserowej. Jest bardziej prawdopodobne, że jedna część stopi się w większym stopniu niż druga, ale w przypadku części sztywnych może to wystarczyć do utworzenia zgrzeiny. Z uwagi na to, że temperatura w strefie wpływu ciepła jest bardzo wysoka przez bardzo krótki czas, obie części mogą osiągnąć punkty topnienia bez degradacji cieplnej którejkolwiek z nich. Jak wskazano powyżej, należy ocenić materiał, z którego jest wykonana konstrukcja. Jeżeli spawane mają być części wykonane z różnych materiałów, muszą one mieć zdolność łączenia się chemicznego i powinny mieć podobne temperatury topnienia. Należy zwrócić uwagę na to, czy materiały odporne chemicznie, takie jak PEEK, polisulfon oraz  fluoropochodne węglowodorów, są powszechnie stosowane. Materiały te spawa się trudno. W takich przypadkach system lasera skanującego jest bardziej skuteczny niż system lasera konturowego. Zastosowanie tworzyw sztucznych zawierających wypełniacze będzie miało niekorzystny wpływ na spawanie laserowe. Materiały, takie jak włókno szklane, dwutlenek tytanu i niektóre pigmenty będą rozpraszać energię laserową. Całkowita energia światła ze źródła promieniowania laserowego (IL) jest równa ilości energii absorbowanej przez tworzywo sztuczne, ilości energii rozproszonej przez to tworzywo oraz ilości energii przechodzącej przez to tworzywo (równanie 1).

wzor
(równanie 1)
Energia dostępna do spawania na styku części jest energią, która przechodzi przez część górną. Energia wchłonięta lub rozproszona nie jest dostępna w procesie spawania części. Jeżeli na przykład, część obciążona jest włóknem szklanym, energia wejściowa będzie musiała zostać zwiększona, aby uzyskać optymalną spoinę. Mniej powszechnym problemem są właściwości refrakcyjne stosowanego materiału. Załamanie światła ma miejsce, gdy światło przechodzi z ośrodka o jednej gęstości do ośrodka o innej gęstości. Załamanie światła opisuje Prawo Snell’a (równanie 2), gdzie N i N’ są wskaźnikami załamania po każdej stronie powierzchni załamującej, a Фi i Фr są kątami padania i załamania, jakie promień tworzy z tą powierzchnią.

wzor2
(równanie 2)