文/納飛光電

塑料廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)塑料的需求量已經(jīng)逐步接近甚至超過了鋼鐵材料。特別是在電子制造、醫(yī)療、食品包裝、汽車等行業(yè)，塑料已經(jīng)成為不可或缺的關(guān)鍵材料之一，生產(chǎn)中對(duì)各個(gè)塑料零部件的精準(zhǔn)、高強(qiáng)度連接需求，也在隨著塑料的大量使用而日益增多。

圖1：焊接汽車塑料件。

塑料件連接工藝的選擇，對(duì)塑料制品的最終應(yīng)用有著重要影響。傳統(tǒng)的塑料連接工藝有螺紋連接、膠黏連接、插入連接、壓合連接等，以及以熱板焊接、超聲波焊接為代表的熔融連接。這些結(jié)合方式的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、連接方便，適用性強(qiáng)；但缺點(diǎn)也比較明顯，比如有特定形狀要求，連接強(qiáng)度相對(duì)較低，在面對(duì)三維幾何形狀、中空等復(fù)雜不規(guī)則圖形，以及大型零部件，乃至連接后對(duì)氣密性有一定要求的塑料件，可操作空間小，效率較低。

圖2：焊接白色結(jié)構(gòu)件。

與此同時(shí)，在追求產(chǎn)品創(chuàng)新與品質(zhì)提升的現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)焊接質(zhì)量的要求越來越高。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，也推動(dòng)了塑料焊接工藝的逐步應(yīng)用，激光塑料焊接技術(shù)成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，正逐漸成為連接材料的新寵，常用于白色家用電器塑料件、汽車塑料件等部件的焊接。

激光塑料焊接原理

激光塑料焊接又稱為激光透光焊接，要求上層塑料工件透光率高，下層工件則能吸收激光能量，因此當(dāng)前主流焊接的對(duì)象為“透明塑料+黑色塑料”、“透明塑料+透明塑料”的組合方式。

由于大部分透明塑料對(duì)800nm~1100nm波段的光透過率較高，吸收小，基于此納飛光電推出了980nm半導(dǎo)體激光器，其在緊湊的結(jié)構(gòu)中集成了高精度控制系統(tǒng)，使用方便。其利用先進(jìn)的半導(dǎo)體激光技術(shù)，輸出中心波長(zhǎng)為980nm的近紅外激光，該波長(zhǎng)的激光能量能穿透透明或半透明塑料表面，被下層吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，可用于實(shí)施精準(zhǔn)高效的塑料焊接。該激光器具有較高的電光轉(zhuǎn)換效率，提供連續(xù)激光輸出，功率級(jí)別可以根據(jù)焊接工藝需求選擇，范圍可以從數(shù)瓦至數(shù)百瓦調(diào)節(jié)輸出，使其可兼顧大面積、高速度的塑料組件焊接作業(yè)。

激光塑料焊接實(shí)際應(yīng)用中除了包括激光器本體，還需要搭配焊接頭以及焊接夾具等。使用980nm半導(dǎo)體激光器進(jìn)行塑料焊接時(shí)，先將兩個(gè)待焊接零部件借助夾具裝配在一起，焊接的基本原理是焊接頭輸出的激光束透過上層透明塑料，在程序控制下精確投射到下層塑料件的待焊接區(qū)；下層塑料在吸收高度聚焦的激光能量后熔融，并使上下兩層塑料件接觸面熱交換充分熔化并結(jié)合在一起，在一定外力輔助下，冷卻后形成焊縫，完成最終焊接。

圖3：焊接電路板塑料結(jié)構(gòu)件。

同時(shí)，借助專用的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)透射焊接過程中的精確熱量控制和局部加熱，焊接質(zhì)量一致，避免對(duì)周邊材料造成不良影響，廣泛應(yīng)用于汽車零部件、醫(yī)療器械、電子元件等行業(yè)中的精密塑料部件焊接。

PC+ABS塑料焊接測(cè)試

實(shí)際操作中，為了保證焊縫質(zhì)量和足夠的熔融深度，還需要綜合考慮焊接速度與激光功率的關(guān)系，找到最優(yōu)的工藝窗口。

以焊接PC、ABS塑料進(jìn)行測(cè)試，先將兩種塑料件置于載具疊放，并使用夾具施加壓力夾緊。

調(diào)整激光輸出功率到300W、焊接速度設(shè)定為20mm/s時(shí)（最大可達(dá)10000mm/s），兩層塑料焊接成功，焊縫融合均勻，焊縫寬度適中，密封性好，經(jīng)拉力測(cè)試強(qiáng)度達(dá)到要求。

激光輸出功率保持300W不變，當(dāng)焊接速度降低調(diào)整到10mm/s時(shí)，兩層塑料焊接成功，焊縫融合均勻，焊縫較寬，密封性好；但由于熔池溫度過高，可能導(dǎo)致其中部分材料分解，從而致使焊接強(qiáng)度降低。

而當(dāng)功率調(diào)整到200W，焊接速度設(shè)定為20mm/s時(shí)，焊縫寬度適中，融合情況良好，密封性好，拉力測(cè)試強(qiáng)度低于高功率時(shí)焊接的強(qiáng)度。

激光焊接優(yōu)勢(shì)

激光焊接與熔融結(jié)合的工藝類似，但前者的優(yōu)勢(shì)更為明顯：

首先，精準(zhǔn)度高，激光的光斑小且高度均勻性，能夠精確地對(duì)準(zhǔn)更微小的焊接部位，能夠迅速將激光能量轉(zhuǎn)化為焊接所需的能量，實(shí)現(xiàn)精密焊接，并能大幅度提升焊接效率。結(jié)合專業(yè)設(shè)計(jì)的焊接頭，能夠確保激光能量在焊接區(qū)域得到充分吸收，保證焊接處的強(qiáng)度。

其次，熱影響區(qū)小，能夠在焊接過程中避免對(duì)塑料表面造成熱損傷，保持了材料的透明性和光潔度。這使得透光焊接后的產(chǎn)品既保持了原有的外觀特性，又增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

第三，解決了傳統(tǒng)焊接方式在焊接速度和焊接質(zhì)量之間的矛盾，能在短時(shí)間內(nèi)完成大面積焊接，大大提高了生產(chǎn)效率。一個(gè)原本需要數(shù)小時(shí)的焊接作業(yè)，現(xiàn)在只需幾分鐘或幾十分鐘就能輕松完成，節(jié)省了大量的時(shí)間和成本。

此外，非接觸式的焊接作業(yè)，避免了傳統(tǒng)連接方式產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和振動(dòng)，保護(hù)了塑料表面的完整性，也保證了焊縫的精密性，材料間的連接更加緊密可靠，密封性極佳，滿足了防水、防塵等高標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品要求。

圖4：焊接汽車塑料件。

小結(jié)

目前，980nm半導(dǎo)體激光器已經(jīng)展現(xiàn)了強(qiáng)勁的市場(chǎng)潛力和應(yīng)用價(jià)值，是塑料焊接的利器，尤其是在汽車塑料焊接方面，帶來了實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的焊接效果。在內(nèi)飾焊接中，可用于儀表盤、中控臺(tái)等的焊接；在外飾件焊接中，可輕松勝任車門把手、車燈等的焊接；在汽車電子零部件焊接方面，980nm半導(dǎo)體激光器同樣表現(xiàn)出色，可用于諸多電子元器件的塑料焊接，顯著提高連接強(qiáng)度和密封性，確保了各個(gè)零部件的穩(wěn)定性和可靠性。未來，隨著功能的不斷開發(fā)，980nm產(chǎn)品還將迎來更為廣泛的應(yīng)用。