無論是過去還是現在，大多數的塑料產(chan) 品在裝配完成後，都需要連接工藝對其進行封裝。而塑料連接作為(wei) 一種專(zhuan) 門的工業(ye) 技術，迄今為(wei) 止已經有超過半個(ge) 世紀的曆史了。最初，螺絲(si) 與(yu) 粘合劑連接被廣泛使用，但是這些工藝複雜而耗時。隨著注塑成型工藝的不斷發展，以及塑料在汽車工業(ye) 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。麵對固定成本不斷增長的巨大壓力，塑料焊接技術由於(yu) 擁有降低成本的巨大潛力，因而在汽車工業(ye) 以及其他多個(ge) 產(chan) 業(ye) 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，隨後產(chan) 生了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(yu) 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(nei) 的連接工藝正在世界範圍內(nei) 被廣泛使用。同時，各種工藝之間也在為(wei) 爭(zheng) 取市場而競爭(zheng) 。

　　每種不同的焊接方式都有其特有的優(you) 勢與(yu) 不足，使用何種工藝主要取決(jue) 於(yu) 材料的特性、具體(ti) 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，對於(yu) 那些極易粘附到加熱板的塑料種類來說，該工藝並不合適。而振動焊接則僅(jin) 適用於(yu) 平麵器件的相互焊接，但是被焊接元件之間的相對運動易造成元件的損傷(shang) ，而且這種焊接方式往往會(hui) 產(chan) 生一些塑料顆粒，因此其對環境的影響必須事先考慮到。

　　相比之下，激光焊接技術則不受上述工藝因素的限製，而且兼具質量優(you) 勢。隨著激光器價(jia) 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(ye) 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(jin) 設備占地麵積大，而且維護更是繁瑣。隨著體(ti) 積更小、壽命更長的先進激光源的產(chan) 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(ye) 化批量生產(chan) 的應用需要。

　　相對於(yu) 其他工藝，激光焊接技術更具成本競爭(zheng) 力，尤其在汽車零部件生產(chan) 中，其成本效率更突出。作為(wei) 一種非接觸焊接工藝，激光焊接僅(jin) 在焊點處施加垂直壓力，從(cong) 而能夠將產(chan) 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(chan) 生，因而不會(hui) 對塑料殼體(ti) 以及內(nei) 部的各種器件帶來損傷(shang) 。

　　現在，激光技術已經從(cong) 一種實驗室應用技術逐漸轉變為(wei) 塑料加工生產(chan) 中的重要工藝選擇。目前，該工藝可用於(yu) 各種各樣的電子塑料殼體(ti) 的焊接，而這種標誌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(nei) 部含有電子器件的塑料殼體(ti) 無法使用超聲波焊接，而螺絲(si) 與(yu) 粘合方法的成本較高。

　激光傳(chuan) 輸透射焊接

　　目前，激光焊接技術普遍采用激光傳(chuan) 輸透射的焊接方式。在這種工藝中，被焊接的兩(liang) 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(ge) 能夠吸收激光能量。目前，大多采用的是近紅外頻段的激光。

　　產(chan) 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，並穿透上層塑料，到達底層塑料的表麵。此時，激光被底層塑料完全吸收，並轉化為(wei) 熱能。同時，熱量從(cong) 底層塑料通過熱傳(chuan) 導達到上層塑料的下表麵，使兩(liang) 層塑料同時融化。當被焊接器件再次冷卻時，塑料固化，從(cong) 而形成一個(ge) 牢固的焊接點。

　　根據應用範圍的不同，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公司的複合焊接是一種經過改良的輪廓焊接專(zhuan) 利技術。

　　準同步焊接

　　準同步焊接方式主要用於(yu) 焊接麵積較小的產(chan) 品。該工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(liang) 個(ge) 維度上被精確控製。由於(yu) 掃描速度非常高，焊接材料幾乎同時被融化，故稱之為(wei) 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。

       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(chan) 品時，僅(jin) 需編程即可，而無需更換透鏡或掩模。在麵積為(wei) 400mm×400mm之內(nei) 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麵積過大或焦深（Z方向，即第三維度）變化超過限製的器件，其主要的應用領域為(wei) 傳(chuan) 感器或電子器件的外殼。

　　輪廓焊接

　　不同於(yu) 廣泛使用的準同步焊接與(yu) 同步焊接，輪廓焊接通過一個(ge) 自動位置調節係統（如機器人）引導激光一次性通過焊線，並將其引入一個(ge) 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，因此無需再進行隨後的清潔工序。

　　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製以達到非常細小的寬度，從(cong) 而很好地滿足了產(chan) 品在光學性能上的苛刻要求。一般，輪廓焊接可用於(yu) 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麵板等。另外，輪廓焊接還適用於(yu) 汽車發動機艙部件的焊接，如進氣歧管和油箱等，以及透明器件的焊接，如由PC(聚碳酸酯)製得的汽車天窗、前燈、尾燈和速度表盤的透明麵板等。

　　複合焊接

　　複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LPKF公司與(yu) Bavarian Laser Centre (BLZ)公司於(yu) 2005年合作開發成功。

　　複合焊接工藝並非僅(jin) 僅(jin) 依靠激光能量進行焊接，而是將激光與(yu) 其他複色光源相結合。在複合焊接過程中，第二光源有兩(liang) 種作用：兩(liang) 個(ge) 光源聚焦在同一點上，且光斑直徑相對於(yu) 激光要大很多。這樣一來，焊點與(yu) 周圍環境之間的溫度差異曲線變得相對平緩，相對於(yu) 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（這裏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，其第二光源同樣能夠產(chan) 生近紅外波段的光，但不同於(yu) 單一頻率的激光，其產(chan) 生的是頻譜較寬的複色光。當複合焊接係統工作時，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。由於(yu) 能夠很好地實現緩慢冷卻，複合焊接技術能夠有效防止內(nei) 應力的產(chan) 生。

　　由於(yu) 鹵素光源產(chan) 生的連續光譜複色光相對於(yu) 透明的上層幾乎不會(hui) 吸收任何激光，其大部分複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(chuan) 導受熱，而是直接吸收鹵素光能量而達到相近的溫度，從(cong) 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於(yu) 焊接汽車的尾燈、前燈、儀(yi) 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或PC材料作為(wei) 上層塑料部件。以生產(chan) 車燈為(wei) 例，複合焊接工藝的使用，可以完全省去“回火”工序。該套係統同樣適用於(yu) 對生產(chan) 效率要求很高而產(chan) 量很低的產(chan) 品生產(chan) 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(chan) 成本。#p#分頁標題#e#

　　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(wei) 1064nm的ND：YAG固體(ti) 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(ti) 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(chan) 生的熱能。據介紹，這種激光源的壽命長達數萬(wan) 小時，且基本免於(yu) 維護，很好地保證了工業(ye) 化生產(chan) 的實際需求。

　　光纖激光器作為(wei) 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(you) 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(ge) 不錯的選擇。LPKF公司表示，通過使用光纖激光技術，他們(men) 能夠實現小於(yu) 100μm的焊縫寬度。

　　過程控製

　　避免不良品或廢品的產(chan) 生與(yu) 確保良品的可靠性同樣重要。在很多生產(chan) 型企業(ye) 中，都采用一種被稱作“0-ppm”的質量管理方式，即必須完全避免廢品的產(chan) 生，不合格的原件不能流入生產(chan) 過程。這就要求生產(chan) 者必須嚴(yan) 格控製塑料件的質量，防止不良原件的產(chan) 生，或焊接設備起碼能夠識別出這些不良品，並及時排除。這是因為(wei) ，個(ge) 別不良品產(chan) 生的原因可能是由於(yu) 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(hui) 導致結合區域的密封不嚴(yan) 或光學性能不佳，從(cong) 而影響焊接質量。
通常，激光焊接有幾種不同的過程控製手段。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並評估。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(chan) 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(chan) 生的焊接缺陷。

　　新材料的開發與(yu) 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(jin) 添加了碳的黑色組件與(yu) 未染色的相應組件能夠進行激光焊接，並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於(yu) 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(ge) 主要原因。過去，由於(yu) 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(jue) 。

　　未來趨勢

　　作為(wei) 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(jia) 格的下降，可以預見該技術的應用將會(hui) 越來越廣泛。現在，普通消費類產(chan) 品也正在加入激光焊接的使用行列。

　　汽車產(chan) 業(ye) 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(chan) 業(ye) 尋找並建立成本效率更佳的生產(chan) 和連接工藝。目前，很多實例一再證明，激光焊接技術相對於(yu) 其他方法更具成本效率優(you) 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(chan) 業(ye) 也表現出了對激光焊接技術的強勁需求。該應用領域對製程的高潔淨性有著苛刻的要求，而激光焊接技術能夠很好地滿足這些要求。相對於(yu) 其他的常用連接技術，激光焊接技術無焊渣和碎屑產(chan) 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，焊接用於(yu) 心髒介入治療導管的球囊或類似的應用就很有力地說明了這一問題。

       製造微流控芯片需要高精度的焊接工藝。通常，微流道無法通過其他焊接方式實現，或隻能采用成本高昂的其他非焊接工藝。而采用激光並行焊接微流道邊緣，能夠在進行焊接的同時，使得流道也隨之形成。

　　除此之外，激光焊接技術還可用於(yu) 焊接更大型的器件，如汽車尾燈或類似常用的大型塑料部件等。即使是電視機外殼、洗衣機等大型產(chan) 品的焊接，也都不再是難題。