1、獨具優勢的激光焊接工藝無論是過去還是現在，大多數的塑料產品在裝配完成后，都需要連接工藝對其進行封裝。而塑料連接作為一種專門的工業技術，迄今為止已經有超過半個世紀的歷史了。最初，螺絲與粘合劑連接被廣泛使用，但是這些工藝復雜而耗時。隨著注塑成型工藝的不斷發展，以及塑料在汽車工業中的應用愈加廣泛，經濟可行、可靠的連接工藝也得到了進一步發展。塑料焊接技術正是在這種環境下孕育而生的。面對固定成本不斷增長的巨大壓力，塑料焊接技術由于擁有降低成本的巨大潛力，因而在汽車工業以及其他多個產業中得到了更廣泛的應用。創新的連接工藝目前，形形色色的焊接工藝已經被大家所熟知。最早出現的塑料焊接工藝是熱板焊接，隨后產生了

2、超聲波和振動等焊接方式，而激光焊接技術則是最新的發展成果。發展至今，包括摩擦焊接（振動焊接與旋轉焊接）、超聲焊接、微波焊接、高頻焊接、熱板焊接和激光透射焊接等在內的連接工藝正在世界范圍內被廣泛使用。同時，各種工藝之間也在為爭取市場而競爭。每種不同的焊接方式都有其特有的優勢與不足，使用何種工藝主要取決于材料的特性、具體應用以及對焊接結果的不同要求。如熱板焊接，被焊接塑料組件要接觸到熱板上，顯然，對于那些極易粘附到加熱板的塑料種類來說，該工藝并不合適。而振動焊接則僅適用于平面器件的相互焊接，但是被焊接元件之間的相對運動易造成元件的損傷，而且這種焊接方式往往會產生一些塑料顆粒，因此其對環境的影響必須

3、事先考慮到。相比之下，激光焊接技術則不受上述工藝因素的限制，而且兼具質量優勢。隨著激光器價格的不斷下降以及一些新型應用的發展需要，先進的激光焊接技術正在被廣泛認可。近10年來，在一些工業應用中，隨處可見這種新工藝的身影。現在，沒有其他任何一種塑料焊接工藝像激光焊接技術一樣，能夠擁有如此廣闊的應用前景。激光焊接該技術誕生之初，不僅設備占地面積大，而且維護更是繁瑣。隨著體積更小、壽命更長的先進激光源的產生，使得激光焊接技術發生了根本變化，能夠很好地保障工業化批量生產的應用需要。相對于其他工藝，激光焊接技術更具成本競爭力，尤其在汽車零部件生產中，其成本效率更突出。作為一種非接觸焊接工藝，激光焊接僅在

4、焊點處施加垂直壓力，從而能夠將產品受到的機械應力降至最低，以保證焊接質量。另外，在焊接過程中沒有任何振動產生，因而不會對塑料殼體以及內部的各種器件帶來損傷。現在，激光技術已經從一種實驗室應用技術逐漸轉變為塑料加工生產中的重要工藝選擇。目前，該工藝可用于各種各樣的電子塑料殼體的焊接，而這種標志性應用也極大地推進了激光塑料焊接市場的發展，其主要原因是，內部含有電子器件的塑料殼體無法使用超聲波焊接，而螺絲與粘合方法的成本較高。激光傳輸透射焊接目前，激光焊接技術普遍采用激光傳輸透射的焊接方式。在這種工藝中，被焊接的兩部分塑料組件有著不同的激光透射性能，其中之一是對特定波長的激光透射，而另一個能夠吸收激

5、光能量。目前，大多采用的是近紅外頻段的激光。產品在焊接過程中需要卡壓，最簡單的方式是使用一塊玻璃平板。激光幾乎沒有任何損耗地穿過卡壓工具，并穿透上層塑料，到達底層塑料的表面。此時，激光被底層塑料完全吸收，并轉化為熱能。同時，熱量從底層塑料通過熱傳導達到上層塑料的下表面，使兩層塑料同時融化。當被焊接器件再次冷卻時，塑料固化，從而形成一個牢固的焊接點。根據應用范圍的不同，焊接的方式也不一樣。根據激光束在焊點上方不同的運動方式，激光透射焊接包括同步焊接、準同步焊接和輪廓焊接等幾種不同方式。LPKF公司的復合焊接是一種經過改良的輪廓焊接專利技術。準同步焊接準同步焊接方式主要用于焊接面積較小的產品。該工

6、藝通過激光束不斷掃過焊接輪廓線，直到達到要求的焊接塌陷高度。在焊接過程中，激光束在掃描電鏡驅動下運動（如圖所示），光束在X軸和Y軸兩個維度上被精確控制。由于掃描速度非常高，焊接材料幾乎同時被融化，故稱之為準同步焊接。塌陷高度可在焊接的同時被監測，以確保焊接的高質量。集成在生產線上的準同步（掃描）焊接系統該工藝的柔性很大，可以對掃描參數進行即需編程。需要改進或更換產品時，僅需編程即可，而無需更換透鏡或掩模。在面積為400m由400mm內的器件焊接中，準同步焊接占據主導地位，而且焊接需要的固定夾具相對比較簡單。但是，這種焊接方式無法焊接面積過大或焦深（Z方向，即第三維度）變化超過限制的器件，其主要

7、的應用領域為傳感器或電子器件的外殼。輪廓焊接不同于廣泛使用的準同步焊接與同步焊接，輪廓焊接通過一個自動位置調節系統（如機器人）引導激光一次性通過焊線，并將其引入一個可自動調焦的移動式透鏡中。更重要的是，這種焊接技術能夠保證焊接的清潔性，因此無需再進行隨后的清潔工序。這種工藝的彈性很大，理論上能夠焊接任何形狀的器件。輪廓焊接幾乎沒有塌陷高度，而且焊縫可得到精確控制以達到非常細小的寬度，從而很好地滿足了產品在光學性能上的苛刻要求。一般，輪廓焊接可用于較大型器件，以及在第三維度上變化較大的應用，如汽車燈具和太陽能面板等。另外，輪廓焊接還適用于汽車發動機艙部件的焊接，如進氣歧管和油箱等，以及透明器件的

8、焊接，如由PC（聚碳酸酯）制得的汽車天窗、前燈、尾燈和速度表盤的透明面板等。復合焊接復合焊接工藝可以被看作是普通輪廓焊接的改良技術。這種技術由Centre （BLZ） 公司于 2005 年合作開發成功。LPKF公司與 Bavarian Laser復合焊接工藝并非僅僅依靠激光能量進行焊接，而是將激光與其他復色光源相結合。在復合焊接過程中，第二光源有兩種作用：兩個光源聚焦在同一點上，且光斑直徑相對于激光要大很多。這樣一來，焊點與周圍環境之間的溫度差異曲線變得相對平緩，相對于單純的激光焊接，其熱影響區域更大，溫度峰值出現在光束的中央（這里正是激光束的影響區域）。鹵素光源被證明是一種不錯的選擇，其第二

9、光源同樣能夠產生近紅外波段的光，但不同于單一頻率的激光，其產生的是頻譜較寬的復色光。當復合焊接系統工作時，材料被激光慢慢加熱至融化，再漸漸冷卻這些都是鹵素燈加熱的結果。由于能夠很好地實現緩慢冷卻，復合焊接技術能夠有效防止內應力的產生。由于鹵素光源產生的連續光譜復色光相對于透明的上層幾乎不會吸收任何激光，其大部分復色光能夠被上層透明塑料吸收。因此，透明組件不用像普通激光焊接那樣需要底層傳導受熱，而是直接吸收鹵素光能量而達到相近的溫度，從而極大地增大了激光焊接的窗口。這種特殊的焊接工藝適用于焊接汽車的尾燈、前燈、儀表盤以及其他上層透明度較高的部件。這些部件通常采用PMMA；PC材料作為上層塑料部件

10、。以生產車燈為例，復合焊接工藝的使用，可以完全省去“回火”工序。該套系統同樣適用于對生產效率要求很高而產量很低的產品生產要求（如圖所示）同時，該工藝還可以配套使用通用型卡壓工具，顯著降低生產成本。復合焊接系統的典型應用激光源激光焊接需要使用連續輸出模式的大功率激光源，波長在近紅外波段被證明是特別合適的。很多未改性的工程塑料對此頻段的激光是透明的。最初使用的激光源是波長為1064nm的NDYAG固體激光源，其激光特性基本符合塑料焊接的需求，但是相應的維護成本較高。隨著大功率二極管激光器的迅速發展，目前已經替代了那些維護繁瑣的固體激光器。二極管激光器的效率超過50%但需有水冷裝置以降低同時產生的熱

11、能。據介紹，這種激光源的壽命長達數萬小時，且基本免于維護，很好地保證了工業化生產的實際需求。光纖激光器作為第三代激光技術的代表，具有其他激光器無可比擬的技術優越性。如果二極管激光源的光斑質量無法勝任某些特殊需求，光纖激光是一個不錯的選擇。LPKF公司表示，通過使用光纖激光技術，他們能夠實現小于100am的焊縫寬度。過程控制避免不良品或廢品的產生與確保良品的可靠性同樣重要。在很多生產型企業中，都采用一種被稱作“O-ppM的質量管理方式，即必須完全避免廢品的產生，不合格的原件不能流入生產過程。這就要求生產者必須嚴格控制塑料件的質量，防止不良原件的產生，或焊接設備起碼能夠識別出這些不良品，并及時排除

12、。這是因為，個別不良品產生的原因可能是由于原材料的缺陷，或焊接過程的失誤造成的，而這些焊接缺陷往往會導致結合區域的密封不嚴或光學性能不佳，從而影響焊接質量。通常，激光焊接有幾種不同的過程控制手段。其中，準同步焊接技術采用檢測焊接結合路徑的方式，即測量焊接器件的塌陷高度并評估。通常，焊接過程在達到需要的正確尺寸時停止。焊接缺陷還可以通過高溫遙感計進行檢測。這種方法通過測量焊接產生的熱輻射來得出焊接質量的評估結果。在檢測過程中，若出現任何溫度異常，能夠立即發現產生的焊接缺陷。新材料的開發與添加劑新材料的開發也是激光塑料焊接技術獲得成功的重要因素之一。在最初階段，僅添加了碳的黑色組件與未染色的相應組

13、件能夠進行激光焊接，并滿足激光能量被底層塑料完全吸收的要求。隨著越來越多的新材料被開發出來，現在已擁有了各種適用于激光焊接的顏色選擇，可以實現任意顏色組件之間的焊接需求。同時，該技術潛藏的巨大市場潛力也正受到更多材料開發者的重視。阻燃添加劑的進步也是激光焊接技術得以快速發展的另一個主要原因。過去，由于需要使用含磷添加劑而無法采用激光焊接技術。隨著無鹵阻燃劑的成功開發，上述問題已經得到很好的解決。未來趨勢作為一種相對新穎的連接工藝，激光焊接技術有著巨大的創新潛力。隨著激光源價格的下降，可以預見該技術的應用將會越來越廣泛。現在，普通消費類產品也正在加入激光焊接的使用行列。汽車產業始終都是激光焊接技術的主要市場，而經濟危機的到來更迫使該產業尋找并建立成本效率更佳的生產和連接工藝。目前，很多實例一再證明，激光焊接技術相對于其他方法更具成本效率優勢。如果這種趨勢延續下去，先進的激光焊接工藝必將加速其普及和開發的步伐。醫療技術產業也表現出了對激光焊接技術的強勁需求。該應用領域對制程的高潔凈性有著苛刻的要求，而激光焊接技術能夠很好地滿足這些要求。相對于其他的常用連接技術，激光焊接技術無焊渣和碎屑產生，也不需要使用任何粘合劑，完全可以在無塵室中完成焊接工作，例如，焊接用于心臟介入治療