激光焊接正成為塑料制品加工新趨勢

      如今，消費者對尾燈外觀設計和整體造型的審美要求越來越高，要打造有漂亮外觀的尾燈，對制造過程中的焊接環節提出了挑戰。

1車燈焊接界的潛力股——塑料激光焊接

      熱板焊接是塑料焊接技術中發展較早、工藝最為簡單的一種焊接技術。隨著技術的發展，目前，在車燈制造中使用最多的焊接方式是振動摩擦焊接和超聲波焊接。除此之外還有受到越來越多關注的激光焊接技術。

從表1中幾種焊接技術的對比不難看出，塑料激光焊接有著焊縫美觀、焊接靈活、強度高等特點，已然成為車燈焊接技術中的“潛力股”。

                                                                                                    表1 不同焊接工藝對比

      隨著激光技術的發展，設備成本的下降，激光焊接正在成為車燈焊接的主流工藝。那么，塑料對激光焊接的適應性如何呢？

2有些塑料不改造并不適合激光焊接

      激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種焊接方法，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，使工件熔化，形成特定的熔池。因此，激光光束的能量必須被塑料吸收，才能達到良好焊接效果（如圖1所示）。

                                                                                                      圖1 激光焊接工藝示意圖

      所以，塑料在近紅外區必須具備特殊光學性能才適用于激光焊接工藝，上層透過層需要保證透過近紅外激光，而下層吸收層則要保證吸收近紅外光。那么，塑料本身的光學性能是怎樣的呢？

      從聚合物形態來說，非晶型聚合物僅吸收少量的入射光，可以獲得很高的穿透深度。

                                                                                            圖2 四種聚合物（未含添加劑）光譜圖

      如圖2所示，四種非晶型聚合物在可見光區和近紅外區均表現出很高的透過率。由于結晶區的存在，結晶型聚合物的光學性能差異較大，激光在球晶區界面處發生折射或反射，穿透材料的行程更長，對激光的吸收率高于非晶型聚合物。

對于填充型聚合物材料來說，光學性能受到填充材料的影響較大。以玻纖為例，Val Kagan研究了不同玻纖含量的PA6增強樹脂的透過率（圖3），發現隨著玻纖含量的增加，材料的透過率是線性下降的。

                                                            圖3 玻纖含量對PA6透光率和光路長度的影響（leff：有效光路長度，0%玻纖作歸一化處理）

3激光焊接工藝的選擇

      隨著設計美觀度的要求越來越高，激光焊接工藝對所焊接材料的要求也越來越復雜，除了常見的透明-黑色產品焊接，甚至會有黑色-黑色產品、透明-透明產品、白色-白色產品等其他需求。在激光焊接工藝的選擇上，激光器功率過高或焊接時間過長容易造成材料熔融過度導致降解，為達到理想的焊接質量應該選擇合適的激光功率、掃描速度及焊接時間。

      與傳統塑料焊接工藝不同，激光焊接利用激光輻射能量對兩種聚合物進行焊接，不僅在聚合物選擇上具有廣泛的適用性，更具備焊縫美觀、焊接靈活、焊接強度高的特點。同時，塑料激光焊接針對材料特性提出了特殊要求——激光的選擇性吸收與透過。為獲得滿意的制件，不僅需要對焊接工藝參數進行調整，合適材料的選擇至關重要！