激光塑料焊接中温度计质量监控原理及局限性

来源:光的匠人    关键词:塑料激光焊接, 激光技术,    发布时间:2019-04-12

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在塑料激光焊接中,下层材料表面吸收激光能量后融化,而后热量传送给上层材料并融化上层材料的焊接面,继而形成完整的熔池。在焊接过程中,熔池的热量会向四周发散。辐射的红外线与熔池温度的大致关系如图1(熔池温度越高,红外线能量密度越高):
《激光塑料焊接中温度计质量监控原理及局限性》
图1

熔池辐射的红外线信号中只有很小的一部分信号被温度计接收到,如图2。温度计接收到熔池散发出的红外信号后,比对其校准数值,得到当下熔池的校准温度值。温度计的校准一般通过专用仪器进行,在出厂的时候,有一个标准热源可以设置温度(比如100°C,150°C,200°C等),温度计接受这一温度的红外信号后,通过软件的校准计算,将温度计上的反应温度值记录成为仪器设置的温度。

《激光塑料焊接中温度计质量监控原理及局限性》


图2

此外,从图2可知,红外线信号最强的波段在2um-以上区间,如果使用这一区间的红外线信号进行软件处理,不管是信号处理还是结果分析都会相对较容易。

熔池热量的红外线信号从熔池散发后,穿透上层塑胶材料,才能被温度计探测到。我们以尼龙材料为例,下图显示了PA66 及PA66 GF30 两种2mm厚的板材为例,其红外线的穿透率图谱如图3:

《激光塑料焊接中温度计质量监控原理及局限性》
图3

通过图谱我们发现,一般塑料材料(无定型材料除外)在2um波段以上的红外穿透率非常低,而之前我们说过,红外信号最强的波段在2um以上区间。因此,这导致处理熔池发出的红外线信号的难度相当大。

因此,在使用温度计作为塑料激光焊接的监控对象之前,一定要在实验室验证这一方式是否可行,如果温度计本身设置的监控波段不当或者红外信号较弱,则不能使用温度计作为该激光塑料焊接应用的监控对象。