激光塑料焊接——一个不可忽视的应用市场 -pg电子游戏官网

塑料是一种性能优异的可再生的非金属材料，作为仅次于金属的第二大材料体系，塑料在汽车、航空航天、交通运输、医疗、电子产品等行业都有巨大的应用，轻量化的需求尤其强烈。

塑钢比，是一个国家生产的塑料和钢材数量的比值，是衡量国家发达程度的重要标准之一，在发达国家中，这个比值一般维持在 65:35 左右，而我国塑钢比仅为 30:70，与发达国家有着巨大的差距，同时也说明塑料制品在我国还有广阔的发展前景。随着塑料不断代替金属，对于塑料零件之间的连接技术和质量也提出了更高的要求。

塑料焊接是实现塑料部件永久连接最有效的方法，传统的塑料焊接工艺包括超声波焊接、振动摩擦焊接、热板焊接等。表 1 为常见的传统塑料焊接的原理和优缺点总结。

表1 传统塑料焊接的原理和优缺点

随着激光行业的发展和激光器成本的降低，正逐渐取代传统的焊接方式。激光焊接技术是借助激光束产生的热量使塑料接触面熔化，进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术。与传统塑料焊接相比，具有以下独特的优势：

1. 激光塑料焊接属于非接触焊接，与焊接工件没有物理接触也不产生化学反应，可以在工业环境下操作，焊接过程清洁无污染，适合用于卫生安全的医疗和食品行业。

2. 激光可以通过光束整形来调控光束尺寸大小和改变形状，便于控制热影响区和接合区的大小，具有高的自由度和较好的灵活性，并且对焊接零部件的尺寸及形状没有限制，可实现二维和三维的焊接，提供了零部件多样化的定制服务。

3. 激光塑料焊接的焊接速度快，焊缝强度高，无飞边，无残渣，能够保证焊接区域的良好外观。

4. 激光塑料焊接部件精密牢固，不透气，不漏水，能极大减少热应力和振动应力，适合对精密电子元器件和易损坏器件的焊接。

激光塑料焊接原理

激光透射焊接原理如图1所示，两塑料焊接件通过夹具施加压力贴合在一起，紧密的贴合可以保证焊接质量。上层塑料焊接件为透光材料，需要对激光具有较高透过率，而下层焊接件为吸光材料，需要对激光有较高吸收率。经研究表明，当上层透光材料对激光的透过率高于50%，下层吸光材料透过率低于20%时，激光塑料焊接会获得较好的结果。激光束透射过上层塑料作用到下层焊接件的表面，激光能量被下层塑料吸收，并转化为热能，热能从吸收层传导到上层透光材料上，熔融加热透光层材料，冷却后二者结合在一起，完成焊接过程。

图1 激光透射焊接原理

激光塑料焊接中光源波长的选择

为激光塑料焊接选择合适的激光光源是十分重要的。两个被焊接部件的颜色搭配不同，焊接难度不同，也会影响激光光源的选择。图2显示了因材料颜色的不同而造成的焊接难易程度。可以看到实现透明/黑色塑料的比较容易，其次是黑色/黑色塑料，但是对于透明/透明塑料和白色/白色塑料的会比较难。

图2 材料颜色的不同而造成的焊接难易程度

图3是几种不同塑料对于不同波长激光的穿透率。从图中可以发现波长范围为900 nm-1100 nm时，塑料对于激光的穿透率非常高，可以达到85%-95%。由于t（穿透率） r（反射率） a（吸收率）=1，而材料对于激光的反射率可以忽略不计，因此在这一波段，塑料对于激光的吸收率非常低，只有5%-10%都不到。而如果我们观察激光波段2000 nm-2100 nm，可以发现pmma和pc等透明材料在这一波段的透光性只有5%-20%，相应的对激光的吸收率就会高达80%以上。

图3 几种不同塑料对于不同波长激光的穿透率

激光塑料焊接技术对被焊接塑料的要求为：在热作用区内的材料，要求对激光光波的吸收性好；不属于热作用区部分的材料，则要求对光波的透过性好。因此，应用激光焊接的塑料材料必须对激光有吸收。

激光塑料焊接的行业应用

激光塑料焊接在汽车、日用品和家电、3c电子产品和医疗器械等行业都有广泛的应用见图4。在一些汽车零部件制造方面，激光塑料焊接在汽车进气歧管、仪表盘、变速箱过滤器、车灯等的焊接比超声波和热板焊有更好的强度、密封性、外观、速度和稳定性。许多汽车电子配件也已开始使用激光塑料焊接封装，如汽车尿素管、车载摄像头、汽车雷达、自动门锁、角度传感器、尾门开关和胎压计等。

图4激光塑料焊接部分应用

激光塑料焊接绿色环保、生产成本低且安全性高，已经在食品包装盒、塑料扎带、吸奶器、液冷灯、风扇及各种电器产品壳体等日用品和家电行业得到广泛应用。随着人们对电子产品小型化、轻量化、外观和成本等的追求，传统的塑料焊接已经不能满足。激光塑料焊接具有高质量、低变形、高效率和高速度的优点，广泛应用于电子产品壳体、键盘、耳机、vr 眼镜、电子烟及尼龙表带等 3c 电子产品中。

激光塑料焊接是一种无接触式的焊接方法，焊接过程中不会产生振动、噪音及粉尘，是一种极度清洁的精密焊接方法，非常适合医疗塑料制品的精密焊接。因此大量塑料制的医疗器械使用激光塑料焊接技术进行焊接，如各种医疗测试盒、呼吸管、血液分析仪、塑料针头、造口袋、流体器件等。

结束语

激光塑料焊接技术是一个有着变革性和巨大市场前景的新技术，正在成为激光焊接领域的热点。激光塑料焊接弥补了传统塑料焊接的不足，具有速度快、加工方便、适应范围广和易于实现精密数控等优点。我国在塑料制品上的应用与国外有较大差距，还有很大的塑料制品市场待发掘。激光塑料焊接技术的发展将迎合未来中国市场的走势，产生巨大的经济效益和社会效益。