【摘 要】新型激光焊接技術在塑料焊接加工中發揮了重要的作用。本文主要分析了激光焊接技術的工作原理及其特點，探討了塑料材料對激光焊接的適應性，并論述了激光焊接技術的運用和主要形式。
【關鍵詞】塑料；加工；激光；焊接
激光焊接技術是通過該運用激光束產生的熱量熔化塑料接觸面，最終把熱塑性片材、薄膜和模塑零部件粘結在一起。塑料的激光焊接技術是在利用激光束與有機高分子物質的作用以此達到對塑料的焊接和處理等加工的目的。激光加工技術是一種包括光、機、電和材料等多門學科在內的綜合技術。激光加工無需接觸加工面便能進行焊接，不僅能完成各類形狀復雜塑料的高精度焊接，不會存在刀具磨損和更換刀頭等工序，速度快、噪聲小，推廣價值很大。將激光技術與計算機控制技術相結合，能更好的實現激光加工全自動化，其優勢和應用價值相當大。
1.激光焊接技術的工作原理及其特點
塑料的激光焊接會在很大程度上與焊接材料相關。一般的激光焊接主要是通過激光透射焊接，一方面要求這個激光輻射能穿透零件，另一方面要求零件具有強列的吸收性能。在采用這種焊接技術的時候，要注意避免2個焊接件相互間的裂縫。在進行激光焊接時，吸收性的零件升溫并且局部熔化，通過熱傳導將能量傳遞到透光的零件，通過外部的壓力將2個零件緊密結合在一起。所吸收的近紅外線激光轉化為熱能，將兩個部件的接觸表面熔化，最終形成焊接區。這種焊接方法能夠形成超過原材料強度的焊接縫。
當前，我國市場上廣泛運用的塑料焊接技術主要有振動摩擦焊接、熱板式塑料焊接及超聲波焊接等，主要是用在用于連接敏感性塑料制品、幾何形狀復雜的塑料件以及潔凈度要求高的塑料制品上。
使用激光焊接技術來熔接塑料部件，具有很多其他傳統方法不可比擬的優點：焊接縫尺寸精密、不透氣及不漏水；激光焊接的接縫牢固且潔凈，可以將很難連接的改性橡膠及玻纖填充的熱塑性塑料進行焊接；能獲得高精度的焊接件。在焊接的時候，樹脂降解少，基本不會產生碎屑和飛邊，部件表面能夠精密連接；焊接設備不需要和被黏結的塑料零部件相接觸，與其他熔接方法比較，大幅減少制品的振動應力和熱應力；最小化熱損壞和熱變形，可以將不同組成或不同顏色的樹脂黏結在一起；可焊接尺寸極小或外形結構復雜的零件，對有些復雜零件甚至可以進行“穿透焊接”；無振動技術能產生氣密性的或者真空密封結構；能夠將多種不同塑料焊接起來，而其他焊接方法有較大限制；設備自動化程度高，能方便用于復雜塑料零部件加工。非常適合運用在外形（甚至是三維） 復雜塑料品的焊接上；能夠焊接其他方法不易達到的區域。
因為激光焊接具有上述眾多優點，因此尤其適合運用在對于清潔焊接方式要求高的焊接加工中，如可以運用在含線路板的塑料制品和醫療設備中。
2.塑料材料對激光焊接的適應性
激光焊接塑料材料必須對激光有吸收，否則就不能完成塑料的激光焊接。絕大多數本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能采用激光焊接，例如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等材料。對于吸收率低的熱塑性塑料，首先要選擇合適的激光種類；二是在其中添加炭黑等激光增敏劑，能有效提高塑料對近紅外激光的吸收率。通過對各種塑料材料對激光反射率和透過率的研究，可以解決激光焊接塑料的材料等問題。
激光焊接方式并不是適用于所有的材料，在以下材料中不適宜適用：高性能聚合物，如PPS，聚（PEEK）和LCP等材料中，因為這些材料對于近紅外光的透射率很低，不適合適用激光焊接方式；如果兩種材料中都有炭黑時，因為二者都為黑色，就不能焊接在一起。同時，兩種對近紅外線激光都透射的材料（通常是透明的或者白色的），因為會很少的吸收近紅外光，不能使用激光焊接。而在很多工業塑料上，這些產品都要求透明。由于許多礦物填充的化合物能夠吸收近紅外線激光，所以通常不適合用激光焊接。高填充的玻纖增強物能夠改變近紅外線激光的透射率，降低焊接效率。不過原料供應商的配方中的玻纖含量通常不會超過這個限度。
3.激光焊接技術的運用
激光焊接技術起源于20世紀70年代，但是它的造價比較高，不能與更早的振動焊接技術、熱板焊接技術相競爭。但是，在20世紀90年代中期，激光焊接技術所需要的設備費用大大降低，這種技術慢慢的真正走進工業應用當中，并被人們所認可。
塑料的激光焊接技術主要用于普通焊接技術難以適應的塑料制品（如高密度線路板）、形狀復雜的塑料件以及有嚴格潔凈要求的塑料制品（如醫藥設備、電子傳感器等）等。激光便于計算機控制，采用光纖激光器輸出激光束可使激光靈活地達到零件各個微小部位，能夠焊接其他焊接方法不易達到的區域。傳統焊接技術無法焊接的異型塑料也有機會加以良好焊接，如用激光可將能透過近紅外激光的聚碳酸脂（PC）和30% 玻纖增強的黑色聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）焊接在一起，而其他的焊接方法根本不可能將2種在結構、軟化點和增強材料等方面如此不同的聚合物連接起來。
激光焊接技術被廣泛運用在被黏接的非常精密的塑料零部件材料（如電子元件）或要求無菌環境（如醫療器械和食品包裝）中。激光焊接技術速度快，特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外，可以將激光焊接技術運用在那些很難使用其它焊接方法黏接的復雜的幾何體中。目前國內使用的塑料焊接技術主要有熱熔焊接、高頻焊接、振動摩擦焊接及超聲波焊接等。塑料的激光焊接技術在歐美發達國家已經得到了一定程度的應用。我國這方面的技術尚在起步階段。
近年來，激光二極管廣泛用于焊接及塑料的連接。激光焊接已用于制造汽車傳感器、調速控制箱及薄壁醫用管的精細焊接。激光焊接要求所焊接的2種塑料對同一波長的光有不同的反應，其中一種材料對激光必須具有穿透力，而另一種必須可被激光吸收，激光從上方接合處的穿透性元件傳到下方可吸收元件，這樣輻射能量就被轉化成局域性的熱能，此熱能導致塑料的熔化。而透明塑料部位的熔化是通過與非透明材料的接觸性熱傳導所致。在外部夾具的施壓下，由局部加溫而產生的焊接處熱膨脹可形成牢固接縫。
4.激光焊接技術幾種主要方法
根據激光器隨塑料零件移動方式的不同，可把激光焊接技術（方法）分成四種類型：
4.1順序型周線焊接
激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料層逐漸黏結在一起；或者將被夾層沿著固定的激光束移動達到焊接的目的。
4.2同步焊接
激光束經自適應光學系統或光纖，使光能均勻地分布在整個焊縫結構上。由于使用的裝置很復雜，這種技術通常僅限于大批量焊接較大零件使用。
4.3準同步焊接
該技術綜合了上述兩種焊接技術。利用反射鏡產生高速激光束（至少10m/s的速度），并沿著待焊接的部位移動，使得整個焊接處逐漸發熱并熔合在一起。
4.4掩模焊接
激光束通過模板進行定位、熔化并黏結塑料，該模板只暴露出下面塑料層的一個很小、精確的焊接部位。使用這種技術可以實現小于10m的高精度焊接。
總之，激光技術發展到今天已經成為一門綜合性科學，并可大大加快塑料產品研發的速度，使塑料生產企業獲得更大的市場主動權。隨著塑料工業的發展，激光技術的大規模應用無疑會給塑料工業帶來革命性的影響，對于激光產品提供商來說，更是一種難得的機遇，也必然會推動激光技術的進一步發展。
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