16 października 2021


Inną kwestią przy projektowaniu części jest możliwość dotarcia promienia laserowego do obszaru spawania. Pierwszą rzeczą do ustalenia jest miejsce, gdzie należałoby dodać absorber podczerwieni do tych części. Przy spawaniu laserowym jedna część musi przekazywać energię podczerwieni, a druga część musi ją wchłaniać. W przypadku systemu z sadzą lub systemu absorber-w-żywicy, jedna z części staje się absorbującą laser. Projektant musi uwzględnić, która strona będzie miała styczność z promieniem lasera jako pierwsza. Ta strona nie może zawierać absorbera podczerwieni. Jeżeli zastosowano powłokę, materiał absorpcyjny jest umieszczony na powierzchni jednej z części. Znajdzie się on wtedy na złączu spawu niezależnie od tego, od której strony będzie przechodził promień lasera. Promień lasera może być skierowany od góry, od dołu a nawet z boku, w zależności od geometrii danej części.
Po drugie, części muszą być w jakiś sposób umieszczone w uchwycie zapewniającym odpowiedni docisk tych części. Aby promień lasera mógł dotrzeć do powierzchni spawanych, urządzenie mocujące musi przewodzić wiązki laserowe. Z uwagi na to, że bryła mocowania będzie metalowa, uchwyt mocujący nie może blokować promienia lasera. Uchwyt mocujący musi zawierać odcinek przewodzący promienie lasera. Generalnie dla zapewnienia przejścia dla promieni lasera stosowane jest szkło lub PMMA. Istnieje możliwość, że może być wymagane minimalne mocowanie. Na przykład kapsle butelek mogą być zgrzewane bez zastosowania dodatkowego nacisku na części. A “pasowanie ciśnieniowe”, takie jak w przypadku rura-z-rurą może zapewnić wystarczającą styczność, by umożliwić spawanie. Generalnie, zastosowana siła zamocowania ma zagwarantować dokładną styczność części, a nie ściśnięcie ich na tyle, by złączyły się ze sobą. Inną kwestią jest możliwość interferencji promienia laserowego z samą częścią. Na przykład, port wejściowy w urządzeniu medycznym może znajdować się bezpośrednio nad miejscem spawania. Jeżeli promień lasera musi przejść przez ten port przed dotarciem do miejsca spawania, światło może zostać rozproszone w tym miejscu i w rezultacie spaw może być złej jakości. Bardziej praktyczne może okazać się skierowanie wiązki lasera od drugiej strony. Pracując przy rurach lub materiałach wielowarstwowych może okazać się korzystniejsze zastosowanie powłoki absorpcyjnej zamiast dodawania absorbera podczerwieni do żywicy. W przypadku powłoki, właściwości absorpcyjne są osłabione po kontakcie z wiązką laserową. Dlatego przy spawaniu rur powleczonych, bardziej zalecane jest przecinanie rury w jednym przejściu niż spawanie na obwodzie. To pozwoli na skrócenie czasu przetwarzania i obniżenie kosztów osprzętu. Podczas spawania wielu warstw przy użyciu systemu powlekania możliwe jest ułożenie części w stos i spawanie wielu warstw jednocześnie za pojedynczym przesunięciem wiązki laserowej. To oczywiście wpływa na znaczne zwiększenie wydajności procesu.
rys_4_sOstatnią kwestią jest kompatybilność systemu absorbera z systemem żywicy. W przypadku, gdy absorberem podczerwieni jest sadza, wówczas ilość użytego materiału może być stosunkowo duża (0,05% do 0,5%). Przy dużych obciążeniach, właściwości fizyczne żywic mogą być do pewnego stopnia zmieniane. W razie użycia absorbera organicznego w systemie powlekania, należy wziąć pod uwagę możliwość interakcji rozpuszczalnika i tworzywa sztucznego. Na przykład, system na bazie acetonu, stosowany z polisulfonem, może powodować pęknięcia naprężeniowe wzdłuż krawędzi maszynowych części. Przy dodawaniu absorbera organicznego do żywicy, należy sprawdzić kompatybilność tego absorbera z innymi dodatkami do żywicy. Chociaż nie jest to powszechny problem, istnieje możliwość, że jeden z dodatków może wchodzić w reakcje z absorberem. Na przykład, jeden z kilku pakietów dodatków wykrytych w modyfikowanej żywicy wchodził w reakcje z kilkoma absorberami i spowodował odbarwienie żywicy. Barwa brązowa była niepożądana przez użytkownika końcowego. Problem można było zamaskować poprzez modyfikację koloru, jak pokazano na rysunku 4.

Ciąg dalszy w następnym, czerwcowym wydaniu magazynu.

William H. Cawley
GENTEX Corporation

tłumaczenie:
Marek Bernaciak
AMB Technic


Bibliografia:
1. Smock D, Laser Welding Gains Traction in Plastic Joining, Design News, April 9, 2007
2. Rotheiser, J, Joining of Plastics, Handbook for Designers and Engineers, 2nd Edition, 2002, Hanser Gardner Publications.
3. Russick, U, Innovative Trends in Laser Beam Welding of Thermoplastics, Proc 2nd Int. WLT-Conf. on Lasers in Manufacturing, 105 -111, June 2003, Munich