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導(dǎo)讀: 自從激光問(wèn)世 ，人們就開(kāi)始研究如何把激光作為工具來(lái)對(duì)材料進(jìn)行加工。早在上個(gè)世紀(jì)70年代，汽車(chē)工業(yè)就開(kāi)始嘗試用激光來(lái)進(jìn)行材料加工。

　　自從激光問(wèn)世 ，人們就開(kāi)始研究如何把激光作為工具來(lái)對(duì)材料進(jìn)行加工。早在上個(gè)世紀(jì)70年代，汽車(chē)工業(yè)就開(kāi)始嘗試用激光來(lái)進(jìn)行材料加工。在工業(yè)上第一個(gè)用激光進(jìn)行塑料焊接實(shí)際應(yīng)用的是1998年Marquardt公司用半導(dǎo)體激光器批量制造電子汽車(chē)鑰匙，黑色聚合物 (PA)材料的鑰匙蓋子被焊接到同樣是黑色但對(duì)激光波長(zhǎng)透明的PA鑰匙殼上。

　　根據(jù)分子結(jié)構(gòu)塑料可分為三種：熱塑材料，熱固材料和合成橡膠。目前對(duì)熱塑材料激光焊接的研究和應(yīng)用比較多，下面我們就從三個(gè)方面簡(jiǎn)單講述針對(duì)熱塑材料的激光焊接技術(shù)和研究進(jìn)展。

一. 激光焊接的流程和方法 
　　激光對(duì)熱塑材料的焊接主要是采用激光透射焊接的方法。此方法對(duì)被焊接的兩種材料性質(zhì)有一定的要求，也就是上面的熱塑層對(duì)采用的激光波長(zhǎng)是透明的，而下面的熱塑層能吸收激光能量。激光束透過(guò)透明的上層材料到達(dá)下層材料，下層材料的表面因吸收激光能量而熔化，此時(shí)在一定的壓力下兩種材料通過(guò)分子聯(lián)接而被焊接在一起。由于激光是非機(jī)械接觸的聚焦在下層材料的表面，激光引起的熱效應(yīng)是局域的，所以此方法可避免對(duì)被焊接材料的機(jī)械和熱損傷。目前熱塑材料總加工的20%左右是基于激光焊接的。
 
　　根據(jù)不同的焊接任務(wù)和要求激光焊接的流程大致有以下幾種。 

   　
  輪廓焊接   　　　      掩模焊接    　　　  準(zhǔn)同步焊接  　　      同步焊接

         輪廓焊接是最簡(jiǎn)單，目前使用最廣的焊接流程。在焊接時(shí)激光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)和振鏡在被焊接的物體上移動(dòng)或者激光束靜止而被焊接物體移動(dòng)。激光與被焊接物體之間的相互作用時(shí)間取決于光束焦點(diǎn)尺寸和移動(dòng)速度，既而影響焊接時(shí)間和效果。輪廓焊接是一種非常靈活的焊接流程，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維焊接，在包裝行業(yè)里有廣泛的應(yīng)用。    
       
        掩模焊接是一種借助掩模，基于輪廓焊接或著同步焊接方法的流程，其原理與芯片制造上的光刻技術(shù)相似。這種流程主要使用在復(fù)雜的幾何焊接圖案上，最小接縫寬度大于100μm。掩模往往是由薄片或金屬化的玻璃制成。由于制作掩模比較繁瑣，所做的掩模只針對(duì)一個(gè)焊接幾何圖案，所以掩模焊接往往缺乏靈活性，但適合大批量的焊接加工。

         準(zhǔn)同步焊接是一種把輪廓焊接和同步焊接結(jié)合起來(lái)的流程。激光束通過(guò)振鏡以極快的最高達(dá)10m/s的速度在焊縫上移動(dòng)并且多次重復(fù)掃描，使得整個(gè)焊接區(qū)域同時(shí)熔化，效果與同步焊接相似。通過(guò)同步熔化過(guò)程使得準(zhǔn)同步焊接和同步焊接方法一樣適合于具有大縫隙的兩個(gè)相鄰部件的搭橋焊接。  

        在同步焊接中激光束同時(shí)照射焊接區(qū)域，從而明顯減少了焊接處理時(shí)間，并允許搭橋焊接具有大縫隙的兩個(gè)相鄰部件。與輪廓焊接相比由于更長(zhǎng)的激光作用時(shí)間使通過(guò)同步焊接方法焊接的部位更加牢靠。  
             
二. 焊接塑料的顏色 
        激光塑料焊接其中的一個(gè)研究課題就是兩個(gè)被焊接部件的顏色搭配，這是由所采用的激光透射焊接的原理所決定的。下圖顯示了因材料顏色的不同而造成的焊接難易程度。首先成功實(shí)現(xiàn)的是透明色–黑色材料的激光焊接。除此之外黑色–黑色材料的焊接也已廣泛使用。 
 

　　由于組成塑料的高分子的本怔吸收帶通常位于紫外和遠(yuǎn)紅外區(qū)域，所以最初只有CO2激光器被用于激光焊接的研究。但是通過(guò)攙雜和添加色素可極大地改變塑料的光學(xué)吸收特性，從而使塑料在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域的吸收大大增強(qiáng)，由原本激光透明的材料變成激光吸收材料，這樣傳統(tǒng)的Nd: YAG固體激光器（1064nm和倍頻532nm)和大功率GaAs半導(dǎo)體激光器(800nm-1000nm)以及新型光纖激光器都可以被用作激光焊接的光源。色素?cái)v雜同時(shí)也改變了原來(lái)塑料焊接的特性和參數(shù)，使之更適合于某種特殊應(yīng)用。  
  
三. 被焊接材料的搭配
        與材料顏色搭配幾乎同時(shí)進(jìn)行研究的是焊接材料的搭配。目前在工業(yè)上采用激光焊接的材料大部分是熱塑材料(Thermoplastic, TP)，構(gòu)成TP–TP焊接。由于采用的激光透射焊接是非接觸性的，所以這些熱塑材料也可以與其它材料焊接到一起，比如同樣具有熱塑性的合成橡膠(Thermoplastic Elastomer, TPE)。具有熱塑性的合成橡膠因?yàn)橥瑫r(shí)具有熱塑材料的熱塑性和合成橡膠的彈性和伸縮性，而它的焊接處理溫度和冷卻時(shí)間等參數(shù)又與熱塑材料非常相似，所以用激光透射焊接的方法可容易實(shí)現(xiàn)TP–TPE焊接。由于TPE的手感和摩擦性好，所以TP–TPE焊接在汽車(chē)工業(yè)上的第一個(gè)應(yīng)用就是制造汽車(chē)方向盤(pán)。此外 ，TPE和TPE也可通過(guò)激光透射焊接的方法被焊接到一起，組成TPE– TPE焊接。
       
        目前材料搭配研究的一個(gè)最新方向是實(shí)現(xiàn)塑料與金屬和陶瓷材料的激光焊接。比如說(shuō)塑料通過(guò)金屬被激光間接地加熱，接觸面熔化，然后包圍金屬，和金屬組成一個(gè)非常牢固的聯(lián)接。（PhotonTec Berlin公司，王嘉宇）