工業(yè)激光器被廣泛應用于工程塑料的各種加工，服務著眾多行業(yè)市場。一些常見的塑料加工應用包括激光打標、激光切割和激光焊接。激光塑料焊接主要應用在汽車和醫(yī)療器械領域。

Plasticwelding：塑料焊接； 

plasticcutting ：塑料切割；

plasticengraving：塑料雕刻；

thermoplasts：熱塑性塑料；

duroplasts：硬質體塑料；

elastomers：彈性體塑料；

Foaming：發(fā)泡處理；

Carbonizing：碳化處理

為什么用激光塑料焊接?

相比于傳統的接觸式焊接，激光塑料焊接優(yōu)勢明顯。首先，激光焊接是無接觸式焊接；其次，焊點位置通常位于兩個重疊件的界面處，焊接區(qū)域被隱藏，看起來比較美觀，并且不污染焊接零件的表面。因此，從外觀來看，無法判斷兩個相接觸的零件已經從上到下焊接在一起。

傳統的塑料焊接技術，如超聲波或熱沖壓，兩塊塑料焊接在一起都不可避免地影響外表面。非接觸激光塑料焊接，利用激光在聚合物鏈中部分透射、反射、散射以及吸收實現焊接。通過選擇合適的激光參數，可以在塑料的選定位置產生足夠的熱量，以實現熔化和粘接。

激光焊接工藝應該在產品開發(fā)的早期就建立起來。有些不是為激光焊接專門研發(fā)的塑料產品，有時也能用激光實現焊接；但如果在塑料產品研發(fā)的早期階段，就將激光焊接工藝考慮進來，將會大大減少激光焊接中可能出現的一些問題。熱力學和化學性質相適配

塑料的熔點比金屬低很多。工程塑料的熔點約為250°C。有些塑料的熔點要高一些，例如聚醚醚酮（PEEK），熔點在350~400℃之間。當兩種塑料的熔點溫度相匹配的時候，有助于熔池的混合，提高再凝固時的機械強度。熔化溫度相匹配的兩種塑料，特別適合用激光焊接。

此外，塑料的化學成分也是一個重要的影響因素。例如，盡管高密度聚乙烯（HDPE）與低密度聚丙烯（PP）屬于同族材料，但是這兩種塑料卻無法焊接到一起。而低密度聚乙烯（LDPE）與聚丙烯就能實現焊接。因此激光塑料焊接必須要考慮被焊材料的組合。

光學性質匹配

在材料加工中，所用的激光是單色或者帶寬很窄的相干可聚焦光束，波長在800nm~2μm范圍內的近紅外和紅外激光，在塑料焊接中應用最為廣泛。這些波長比人眼可見的532nm的綠光及635nm的紅光要長。激光波長為800~2000nm時，被焊接的塑料必須在這個范圍內有一定程度的透射和吸收。

塑料一般是半晶態(tài)結構，有晶相和非晶相。激光照射塑料時，除了引起透射和吸收外，非晶態(tài)和晶態(tài)之間的折射率差異，還會對激光產生散射和反射。半晶態(tài)結構對焊接的影響，主要取決于對激光產生的散射和反射的強度。因此，通過有效的光學設計，可以讓激光透過上層塑料，在下層塑料上產生吸收（見圖3）。有時，需要在塑料中摻入添加劑，提高對激光的吸收能力。在塑料產品的設計階段就應該考慮摻入添加劑是否合適——例如在用于醫(yī)療器械的塑料中摻入添加劑能否通過FDA測試？

零件裝配和固定

塑料零件應該確保被塑型成某種幾何形狀，通過裝配部件的良好配合，使其適合激光塑料焊接，并確保接頭處可以充分貼合。由于激光不易在空氣間隙中傳遞熱量，因此，激光焊接時，零件的焊接部位應保持充分接觸。搭接焊就是一個很好的例子。在某些情況下，對接焊也能實現很好的焊接質量，這在很大程度上取決于激光束如何作用于焊縫，以及塑料成型機產生的零件公差。將蓋子焊接到容器上就是一個很好的零件配合的案例。

在焊接過程中實施向下的力，對焊接復雜的零件來說是必不可少的，特別是對于那些難以在其邊界自然地實現良好裝配的大型零件。夾緊力可以通過伺服驅動產生，也可以通過氣動夾緊產生。塑料焊接時有一個坍塌力，它決定了塑料在受熱熔化變形之前能承受多大的力，以及熔化時將零件推到一起需要多大的力。通常，激光塑料焊接過程中，通過集成力-位移傳感器來監(jiān)測和控制在焊接過程中施加在零件上的力。

有效控制熱量

在激光焊接中，將激光傳輸到工件的方法有多種。在此簡單介紹幾種方法。第一種，保持激光焊接頭固定，XYZR工作臺相對激光頭運動。由于運動平臺在開始和停止點以及改變方向時需要加速，因此在焊接時可能不會導致大型部件的均勻加熱。然而，這種焊接方法很靈活，因為激光路徑可以通過CAD數據生成。

第二種方法是使用高速振鏡使激光束以10m/s的速度快速移動。高功率激光束以非常高的速度移動，可以使整個焊縫從一端到另一端幾乎瞬間加熱，加熱比較同步且均勻。

第三種方法是用激光透過掩膜照射零件。這種方法需要掩膜孔徑與焊縫形狀一致。每當焊縫形狀變化的時候掩膜就得重新制作，因此這種方法靈活性不大。

第四種方法使用率不太高，是用專門的激光透鏡，產生一個線狀焦點，在規(guī)定方向上實現縫合焊縫。在焊接過程中可能需要控制激光功率，通過高溫計測量焊接過程中的工件溫度，并將此信息反饋給激光控制器的功率控制回路。

總結

本文介紹了激光塑料焊接過程中的一些基本考量因素。最重要的是，塑料產品本身的設計必須要適合激光焊接——這就要求在產品設計的早期階段，研發(fā)團隊就應該與客戶合作，充分了解激光焊接的要點。生產復雜塑料產品的模具制造成本很高，模具設計者必須事先了解面向激光焊接存在的模具設計與制造問題。解決了模具問題，就可以確保從模具上下來的塑料零件的幾何形狀可以直接進行激光焊接。

激光塑料焊接在工業(yè)中的應用越來越深入，從汽車燈組件到噴墨打印機墨盒等各種大批量產品的制造，都用到了激光塑料焊接。