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       無論是過去還是現(xiàn)在，大多數(shù)的塑料產(chǎn)品在裝配完成后，都需要連接工藝對其進(jìn)行封裝。而塑料連接作為一種專門的工業(yè)技術(shù)，迄今為止已經(jīng)有超過半個世紀(jì)的歷史了。最初，螺絲與粘合劑連接被廣泛使用，但是這些工藝復(fù)雜而耗時。隨著注塑成型工藝的不斷發(fā)展，以及塑料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用愈加廣泛，經(jīng)濟(jì)可行、可靠的連接工藝也得到了進(jìn)一步發(fā)展。塑料焊接技術(shù)正是在這種環(huán)境下孕育而生的。面對固定成本不斷增長的巨大壓力，塑料焊接技術(shù)由于擁有降低成本的巨大潛力，因而在汽車工業(yè)以及其他多個產(chǎn)業(yè)中得到了更廣泛的應(yīng)用。

　　創(chuàng)新的連接工藝

　　目前，形形色色的焊接工藝已經(jīng)被大家所熟知。最早出現(xiàn)的塑料焊接工藝是熱板焊接，隨后產(chǎn)生了超聲波和振動等焊接方式，而激光焊接技術(shù)則是最新的發(fā)展成果。發(fā)展至今，包括摩擦焊接（振動焊接與旋轉(zhuǎn)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(nèi)的連接工藝正在世界范圍內(nèi)被廣泛使用。同時，各種工藝之間也在為爭取市場而競爭。

　　每種不同的焊接方式都有其特有的優(yōu)勢與不足，使用何種工藝主要取決于材料的特性、具體應(yīng)用以及對焊接結(jié)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，對于那些極易粘附到加熱板的塑料種類來說，該工藝并不合適。而振動焊接則僅適用于平面器件的相互焊接，但是被焊接元件之間的相對運動易造成元件的損傷，而且這種焊接方式往往會產(chǎn)生一些塑料顆粒，因此其對環(huán)境的影響必須事先考慮到。

　　相比之下，激光焊接技術(shù)則不受上述工藝因素的限制，而且兼具質(zhì)量優(yōu)勢。隨著激光器價格的不斷下降以及一些新型應(yīng)用的發(fā)展需要，先進(jìn)的激光焊接技術(shù)正在被廣泛認(rèn)可。近10年來，在一些工業(yè)應(yīng)用中，隨處可見這種新工藝的身影?，F(xiàn)在，沒有其他任何一種塑料焊接工藝像激光焊接技術(shù)一樣，能夠擁有如此廣闊的應(yīng)用前景。

　　激光焊接

　　該技術(shù)誕生之初，不僅設(shè)備占地面積大，而且維護(hù)更是繁瑣。隨著體積更小、壽命更長的先進(jìn)激光源的產(chǎn)生，使得激光焊接技術(shù)發(fā)生了根本變化，能夠很好地保障工業(yè)化批量生產(chǎn)的應(yīng)用需要。

　　相對于其他工藝，激光焊接技術(shù)更具成本競爭力，尤其在汽車零部件生產(chǎn)中，其成本效率更突出。作為一種非接觸焊接工藝，激光焊接僅在焊點處施加垂直壓力，從而能夠?qū)a(chǎn)品受到的機(jī)械應(yīng)力降至最低，以保證焊接質(zhì)量。另外，在焊接過程中沒有任何振動產(chǎn)生，因而不會對塑料殼體以及內(nèi)部的各種器件帶來損傷。

　　現(xiàn)在，激光技術(shù)已經(jīng)從一種實驗室應(yīng)用技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰霞庸どa(chǎn)中的重要工藝選擇。目前，該工藝可用于各種各樣的電子塑料殼體的焊接，而這種標(biāo)志性應(yīng)用也極大地推進(jìn)了激光塑料焊接市場的發(fā)展，其主要原因是，內(nèi)部含有電子器件的塑料殼體無法使用超聲波焊接，而螺絲與粘合方法的成本較高。

　激光傳輸透射焊接

　　目前，激光焊接技術(shù)普遍采用激光傳輸透射的焊接方式。在這種工藝中，被焊接的兩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(chǎn)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，并穿透上層塑料，到達(dá)底層塑料的表面。此時，激光被底層塑料完全吸收，并轉(zhuǎn)化為熱能。同時，熱量從底層塑料通過熱傳導(dǎo)達(dá)到上層塑料的下表面，使兩層塑料同時融化。當(dāng)被焊接器件再次冷卻時，塑料固化，從而形成一個牢固的焊接點。

　　根據(jù)應(yīng)用范圍的不同，焊接的方式也不一樣。根據(jù)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(zhǔn)同步焊接和輪廓焊接等幾種不同方式。LPKF公司的復(fù)合焊接是一種經(jīng)過改良的輪廓焊接專利技術(shù)。

　　準(zhǔn)同步焊接

　　準(zhǔn)同步焊接方式主要用于焊接面積較小的產(chǎn)品。該工藝通過激光束不斷掃過焊接輪廓線，直到達(dá)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(qū)動下運動（如圖所示），光束在X軸和Y軸兩個維度上被精確控制。由于掃描速度非常高，焊接材料幾乎同時被融化，故稱之為準(zhǔn)同步焊接。塌陷高度可在焊接的同時被監(jiān)測，以確保焊接的高質(zhì)量。

       該工藝的柔性很大，可以對掃描參數(shù)進(jìn)行即需編程。需要改進(jìn)或更換產(chǎn)品時，僅需編程即可，而無需更換透鏡或掩模。在面積為400mm×400mm之內(nèi)的器件焊接中，準(zhǔn)同步焊接占據(jù)主導(dǎo)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面積過大或焦深（Z方向，即第三維度）變化超過限制的器件，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域為傳感器或電子器件的外殼。

　　輪廓焊接

　　不同于廣泛使用的準(zhǔn)同步焊接與同步焊接，輪廓焊接通過一個自動位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)（如機(jī)器人）引導(dǎo)激光一次性通過焊線，并將其引入一個可自動調(diào)焦的移動式透鏡中。更重要的是，這種焊接技術(shù)能夠保證焊接的清潔性，因此無需再進(jìn)行隨后的清潔工序。

　　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制以達(dá)到非常細(xì)小的寬度，從而很好地滿足了產(chǎn)品在光學(xué)性能上的苛刻要求。一般，輪廓焊接可用于較大型器件，以及在第三維度上變化較大的應(yīng)用，如汽車燈具和太陽能面板等。另外，輪廓焊接還適用于汽車發(fā)動機(jī)艙部件的焊接，如進(jìn)氣歧管和油箱等，以及透明器件的焊接，如由PC(聚碳酸酯)制得的汽車天窗、前燈、尾燈和速度表盤的透明面板等。

　　復(fù)合焊接

　　復(fù)合焊接工藝可以被看作是普通輪廓焊接的改良技術(shù)。這種技術(shù)由LPKF公司與Bavarian Laser Centre (BLZ)公司于2005年合作開發(fā)成功。

　　復(fù)合焊接工藝并非僅僅依靠激光能量進(jìn)行焊接，而是將激光與其他復(fù)色光源相結(jié)合。在復(fù)合焊接過程中，第二光源有兩種作用：兩個光源聚焦在同一點上，且光斑直徑相對于激光要大很多。這樣一來，焊點與周圍環(huán)境之間的溫度差異曲線變得相對平緩，相對于單純的激光焊接，其熱影響區(qū)域更大，溫度峰值出現(xiàn)在光束的中央（這里正是激光束的影響區(qū)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(chǎn)生近紅外波段的光，但不同于單一頻率的激光，其產(chǎn)生的是頻譜較寬的復(fù)色光。當(dāng)復(fù)合焊接系統(tǒng)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?zé)艏訜岬慕Y(jié)果。由于能夠很好地實現(xiàn)緩慢冷卻，復(fù)合焊接技術(shù)能夠有效防止內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。

　　由于鹵素光源產(chǎn)生的連續(xù)光譜復(fù)色光相對于透明的上層幾乎不會吸收任何激光，其大部分復(fù)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導(dǎo)受熱，而是直接吸收鹵素光能量而達(dá)到相近的溫度，從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于焊接汽車的尾燈、前燈、儀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材料作為上層塑料部件。以生產(chǎn)車燈為例，復(fù)合焊接工藝的使用，可以完全省去“回火”工序。該套系統(tǒng)同樣適用于對生產(chǎn)效率要求很高而產(chǎn)量很低的產(chǎn)品生產(chǎn)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(chǎn)成本。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　激光源

　　激光焊接需要使用連續(xù)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1064nm的ND：YAG固體激光源，其激光特性基本符合塑料焊接的需求，但是相應(yīng)的維護(hù)成本較高。隨著大功率二極管激光器的迅速發(fā)展，目前已經(jīng)替代了那些維護(hù)繁瑣的固體激光器。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(chǎn)生的熱能。據(jù)介紹，這種激光源的壽命長達(dá)數(shù)萬小時，且基本免于維護(hù)，很好地保證了工業(yè)化生產(chǎn)的實際需求。

　　光纖激光器作為第三代激光技術(shù)的代表，具有其他激光器無可比擬的技術(shù)優(yōu)越性。如果二極管激光源的光斑質(zhì)量無法勝任某些特殊需求，光纖激光是一個不錯的選擇。LPKF公司表示，通過使用光纖激光技術(shù)，他們能夠?qū)崿F(xiàn)小于100μm的焊縫寬度。

　　過程控制

　　避免不良品或廢品的產(chǎn)生與確保良品的可靠性同樣重要。在很多生產(chǎn)型企業(yè)中，都采用一種被稱作“0-ppm”的質(zhì)量管理方式，即必須完全避免廢品的產(chǎn)生，不合格的原件不能流入生產(chǎn)過程。這就要求生產(chǎn)者必須嚴(yán)格控制塑料件的質(zhì)量，防止不良原件的產(chǎn)生，或焊接設(shè)備起碼能夠識別出這些不良品，并及時排除。這是因為，個別不良品產(chǎn)生的原因可能是由于原材料的缺陷，或焊接過程的失誤造成的，而這些焊接缺陷往往會導(dǎo)致結(jié)合區(qū)域的密封不嚴(yán)或光學(xué)性能不佳，從而影響焊接質(zhì)量。
通常，激光焊接有幾種不同的過程控制手段。其中，準(zhǔn)同步焊接技術(shù)采用檢測焊接結(jié)合路徑的方式，即測量焊接器件的塌陷高度并評估。通常，焊接過程在達(dá)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(jìn)行檢測。這種方法通過測量焊接產(chǎn)生的熱輻射來得出焊接質(zhì)量的評估結(jié)果。在檢測過程中，若出現(xiàn)任何溫度異常，能夠立即發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的焊接缺陷。

　　新材料的開發(fā)與添加劑

　　新材料的開發(fā)也是激光塑料焊接技術(shù)獲得成功的重要因素之一。在最初階段，僅添加了碳的黑色組件與未染色的相應(yīng)組件能夠進(jìn)行激光焊接，并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(fā)出來，現(xiàn)在已擁有了各種適用于激光焊接的顏色選擇，可以實現(xiàn)任意顏色組件之間的焊接需求。同時，該技術(shù)潛藏的巨大市場潛力也正受到更多材料開發(fā)者的重視。

　　阻燃添加劑的進(jìn)步也是激光焊接技術(shù)得以快速發(fā)展的另一個主要原因。過去，由于需要使用含磷添加劑而無法采用激光焊接技術(shù)。隨著無鹵阻燃劑的成功開發(fā)，上述問題已經(jīng)得到很好的解決。

　　未來趨勢

　　作為一種相對新穎的連接工藝，激光焊接技術(shù)有著巨大的創(chuàng)新潛力。隨著激光源價格的下降，可以預(yù)見該技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛。現(xiàn)在，普通消費類產(chǎn)品也正在加入激光焊接的使用行列。

　　汽車產(chǎn)業(yè)始終都是激光焊接技術(shù)的主要市場，而經(jīng)濟(jì)危機(jī)的到來更迫使該產(chǎn)業(yè)尋找并建立成本效率更佳的生產(chǎn)和連接工藝。目前，很多實例一再證明，激光焊接技術(shù)相對于其他方法更具成本效率優(yōu)勢。如果這種趨勢延續(xù)下去，先進(jìn)的激光焊接工藝必將加速其普及和開發(fā)的步伐。

　　醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)業(yè)也表現(xiàn)出了對激光焊接技術(shù)的強(qiáng)勁需求。該應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χ瞥痰母邼崈粜杂兄量痰囊?，而激光焊接技術(shù)能夠很好地滿足這些要求。相對于其他的常用連接技術(shù)，激光焊接技術(shù)無焊渣和碎屑產(chǎn)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，焊接用于心臟介入治療導(dǎo)管的球囊或類似的應(yīng)用就很有力地說明了這一問題。

       制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(xiàn)，或只能采用成本高昂的其他非焊接工藝。而采用激光并行焊接微流道邊緣，能夠在進(jìn)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(shù)還可用于焊接更大型的器件，如汽車尾燈或類似常用的大型塑料部件等。即使是電視機(jī)外殼、洗衣機(jī)等大型產(chǎn)品的焊接，也都不再是難題。