激光焊接正成为塑料制品加工新趋势

      如今，消费者对尾灯外观设计和整体造型的审美要求越来越高，要打造有漂亮外观的尾灯，对制造过程中的焊接环节提出了挑战。

1车灯焊接界的潜力股——塑料激光焊接

      热板焊接是塑料焊接技术中发展较早、工艺最为简单的一种焊接技术。随着技术的发展，目前，在车灯制造中使用最多的焊接方式是振动摩擦焊接和超声波焊接。除此之外还有受到越来越多关注的激光焊接技术。

从表1中几种焊接技术的对比不难看出，塑料激光焊接有着焊缝美观、焊接灵活、强度高等特点，已然成为车灯焊接技术中的“潜力股”。

                                                                                                    表1 不同焊接工艺对比

      随着激光技术的发展，设备成本的下降，激光焊接正在成为车灯焊接的主流工艺。那么，塑料对激光焊接的适应性如何呢？

2有些塑料不改造并不适合激光焊接

      激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，使工件熔化，形成特定的熔池。因此，激光光束的能量必须被塑料吸收，才能达到良好焊接效果（如图1所示）。

                                                                                                      图1 激光焊接工艺示意图

      所以，塑料在近红外区必须具备特殊光学性能才适用于激光焊接工艺，上层透过层需要保证透过近红外激光，而下层吸收层则要保证吸收近红外光。那么，塑料本身的光学性能是怎样的呢？

      从聚合物形态来说，非晶型聚合物仅吸收少量的入射光，可以获得很高的穿透深度。

                                                                                            图2 四种聚合物（未含添加剂）光谱图

      如图2所示，四种非晶型聚合物在可见光区和近红外区均表现出很高的透过率。由于结晶区的存在，结晶型聚合物的光学性能差异较大，激光在球晶区界面处发生折射或反射，穿透材料的行程更长，对激光的吸收率高于非晶型聚合物。

对于填充型聚合物材料来说，光学性能受到填充材料的影响较大。以玻纤为例，Val Kagan研究了不同玻纤含量的PA6增强树脂的透过率（图3），发现随着玻纤含量的增加，材料的透过率是线性下降的。

                                                            图3 玻纤含量对PA6透光率和光路长度的影响（leff：有效光路长度，0%玻纤作归一化处理）

3激光焊接工艺的选择

      随着设计美观度的要求越来越高，激光焊接工艺对所焊接材料的要求也越来越复杂，除了常见的透明-黑色产品焊接，甚至会有黑色-黑色产品、透明-透明产品、白色-白色产品等其他需求。在激光焊接工艺的选择上，激光器功率过高或焊接时间过长容易造成材料熔融过度导致降解，为达到理想的焊接质量应该选择合适的激光功率、扫描速度及焊接时间。

      与传统塑料焊接工艺不同，激光焊接利用激光辐射能量对两种聚合物进行焊接，不仅在聚合物选择上具有广泛的适用性，更具备焊缝美观、焊接灵活、焊接强度高的特点。同时，塑料激光焊接针对材料特性提出了特殊要求——激光的选择性吸收与透过。为获得满意的制件，不仅需要对焊接工艺参数进行调整，合适材料的选择至关重要！