塑料激光焊接技术将会异军突起吗

激光加工技术逐渐渗透到工业制造业里，成为一项备受关注的新兴工艺。目前在所有激光材料加工应用中，以金属部件的制造为主，占据了超过85%的份额，其余15%的应用分布在木纸品、布与皮革、纤维材料、塑料、玻璃、半导体等非金属产品。不同光谱波长范围的激光对不同的材料展现的吸收性和效率都不一样，也就是说，对于某种属性的材料，总可以找到一种类型的激光吸收率是最高的、最合适加工的。

目前金属材料的激光加工工艺已经被充分挖掘，包括切割、焊接、熔覆与清洗等。下一个热门增长点，将会是非金属材料的激光加工，特别是玻璃、塑料、木纸品是生活、工业中最常见的材料类型，其中又以塑料较有代表性，其各种造型的可塑性变化为各种各样的工业零部件、生活用品，应用量非常庞大。长久以来，塑料的连接至今仍然是一项难以满意解决的问题。


塑料的连接工艺

塑料具有很好的热塑性，所以一旦需要连接的局部加热就会变软、熔化，很容易拼接起来，但是不同的方法效率、拼接质量差异很大。目前塑料件的连接主要有几种方式：第一是最传统的胶水黏贴，目前工业胶水常常有异味，甚至产生甲醛等有毒物质，不符合环保要求。第二是扣件或紧固件的连接，如两块塑料上预先做好的卡扣位置，容易拆卸，又或者用螺丝钉把两块塑料连在一起。第三种是利用热量熔化塑料的拼接，类型包括感应焊接、热板熔接、热气体焊接、振动摩擦焊、超声波焊接与激光焊接等。

扣件与紧固件的连接具有一定必要意义，一般用于两块塑料件无需永久的死连接。而热量熔化的拼接一般是塑料间的永久连接，热板焊接的效率很低，精度也不够，自动化程度低，目前应用较多的是振动摩擦焊与超声波焊接，相关设备仅数万元一台，且适用于大批量生产。然而超声波会产生噪音，焊接工件尺寸受限，同时容易产生接口受热不均匀，焊接效果有误差。激光焊接塑料逐渐崭露头角，得到塑料行业的关注。


塑料激光焊接

塑料激光焊接就是利用激光的热能把热塑性部件永久连接的技术。焊接前，需要增加适当的外力将两个零件之间需要焊接的区域夹紧，调整适合零件材质的近红外线激光的波长，激光先透射过第一个零件，被第二个零件吸收并化为热能，从而将两个零件的接触表面熔化形成焊接区，完成焊接。

塑料激光焊接具有效率高、全自动化控制、精密度高、焊缝密封性好、焊接牢固、对塑料部件损坏少等优点，同时没有任何噪音、粉尘，是一种非常理想的塑料焊接工艺。

当前塑料激光焊接存在的问题，其一是设备相对传统的工艺稍贵；其二是不同颜色塑料之间搭配对激光吸收造成的焊接难度，特别是上下两层是透明的塑料难度更大，但未来可以探索使用涂料辅助激光吸收；其三是目前对塑料激光焊接的各种应用场景、上下料、夹具、自动化等研究仍然不足。


塑料激光焊接应用

理论上说，塑料激光焊接可以应用于所有与塑料连接相关的行业，目前这一技术还处于初始探索阶段。应用较多的是在汽车、医疗器械、家电、消费电子等的塑料件上。

汽车方面，采用准同步焊接方式的塑料激光焊接机应用于各种组合阀体的焊接、单向阀等阀体的焊接以及汽车仪表盘的焊接；采用顺序轮廓焊接方式的塑料激光焊接机进行各种各样的燃油管路与塑料接头以及高档车汽车保险杠、汽车迎宾灯焊接、涡流风扇、汽车后尾灯、油气分离器的焊接等。汽车360摄像头、汽车雷达、自动门锁、电子驻车控制器、抬头显示仪等，采用塑料激光焊接，均能获得很高的产品品质与经济性。

医疗器械方面，医疗软管连接、血液分析仪、助听器、胃镜连接、液体过滤槽等清洁度要求高的器件的密封焊接，均使用到塑料激光焊接。

消费电子的焊接上，例如采用塑料激光焊接方式进行手表表带的焊接、VR眼镜的封装等，均能达到外观美观、焊缝强度高等特点。塑料激光焊接还应用于手机零部件（机壳、耳机座、USB 座）鼠标、传感器等。现已有部分企业将塑料激光焊接应用于电池封装焊接。