熱塑性塑料的激光焊接：激光、材料、工藝和質量概述

塑料焊接是一種用于生產許多塑料設備的工藝，用于將不同的部件連接成一個部件。待連接的表面熔化，形成的界面熔化層在壓力下固化。有許多焊接熱塑性塑料的技術，即：熱工具焊接，通過與熱金屬板直接接觸加熱連接表面、超聲波和線性振動焊接，加熱通過振動和摩擦、電阻植入焊接和介電焊接，熱量由電磁熱源和激光焊接產生，激光束用于熔化熱塑性塑料接頭區域。激光焊接與其他焊接方法相比有許多優點。它需要在有限的區域施加少量的熱量，并顯示出更高的接頭強度和更高質量的焊縫。此外，它還可以焊接復雜的形狀。其他優點包括零件與焊接工具之間沒有接觸，零件上沒有機械應力。另一方面，激光焊接對聚合物材料、加工歷史、色素沉著和添加劑更敏感。該技術具有獨特的加工和性能特點，可實現薄膜、片材或模塑部件的局部精確焊接。其他優點包括零件與焊接工具之間沒有接觸，零件上沒有機械應力。另一方面，激光焊接對聚合物材料、加工歷史、色素沉著和添加劑更敏感。該技術具有獨特的加工和性能特點，可實現薄膜、片材或模塑部件的局部精確焊接。其他優點包括零件與焊接工具之間沒有接觸，零件上沒有機械應力。另一方面，激光焊接對聚合物材料、加工歷史、色素沉著和添加劑更敏感。該技術具有獨特的加工和性能特點，可實現薄膜、片材或模塑部件的局部精確焊接。

一般來說，熱塑性塑料的激光焊接工藝有四個常見步驟來定位待焊部件。根據要使用的技術，激光輻射透明的部件必須面向激光束。此外，零件必須緊密接觸；（加熱要連接的界面區域。加熱過程可能會有所不同，這取決于零件的幾何形狀、所需的最終產品和所使用的材料。)施加壓力的目的是通過分子鏈擴散和界面處分子纏結的形成來促進焊接。它可以同時發生在加熱階段和后續步驟中。冷卻階段。在冷卻過程中，接口具有必要的穩定性，因此零件可以在不影響接頭的情況下進行處理。通常發生在冷卻階段，壓力保持在低于步驟iii的壓力值。

激光焊接技術受到激光輻射與材料相互作用的強烈影響。沖擊材料表面的輻射可以被反射、透射和/或吸收。然而，使用該技術，激光輻射必須在必須形成焊縫的精確位置被有效吸收。吸收的光局部轉化為熱。熱量導致聚合物熔化，允許鏈段運動，聚合物鏈相互混合，形成纏結。冷卻后，它凝固形成焊縫。輻射與材料表面的相互作用取決于材料類型和添加劑含量，以及激光特性（波長、功率、光斑大小或形狀和光束質量）。來自遠紅外(IR)激光源(10600nm)的激光輻射容易被表面吸收，通常用于直接焊接。另一方面，大多數聚合物在400?在1600nm范圍內表現出高透光率(即低吸收率)。在此范圍內工作的激光源的激光輻射主要由聚合物傳輸，因此只能用于激光傳輸和焊接。在這種情況下，必須將吸收器添加到要焊接的零件中。由于熱塑性塑料固有地吸收了這些波長的輻射，開發了更長的波長(1500?新型激光器2200nm，開辟了不使用添加劑(吸收層或試劑)焊接透明熱塑性塑料的可能性。

激光焊接發現了越來越多的新應用，從醫療行業（組裝各種容器和液體過濾器、連接袋、管道等）[15]、電子行業（組裝手機、鍵盤等）到汽車行業（從多媒體面板到前燈外殼）、[16]。綜上所述，熱塑性塑料激光焊接已成為激光技術的獨立組成部分，具有重要的科學和工業潛力。論文闡述了連接醫療設備密封外殼的熱塑性聚合物的焊接方法。本文的目的是回顧熱塑性激光焊接的某些方面，主要關注激光系統、材料、工藝參數和質量監測技術。本文首先介紹了焊接的基本知識（第一部分），強調了與其他焊接方法相關的主要方面和優點，然后重點介紹了激光焊接的各個方面。第二節首先討論了熱塑性激光焊接的各種激光系統。然而，這是當今最常用的激光焊接技術。還討論了該技術的一些技術變體，如使用填充材料的激光焊接工藝。在接下來的一節中，將討論不含添加劑的LTW技術，在1.5萬?激光在2200nm范圍內發射的出現使該技術成為可能。第五節討論了熱塑性激光焊接中最常用的材料，并回顧和討論了它們的幾個例子。第一部分介紹了同一材料零件的激光焊接，然后是不同材料零件的激光焊接。然后在第六節討論了輪廓焊接、同步焊接、準同步焊接和面罩焊接等各種變體或技術。第七節討論了主要控制變量或工藝參數及其影響，包括聚合物成分和預焊條件（厚度）對工藝的影響。最后，第八節討論了幾種用于評價焊接質量的表征技術。

焊接熱塑性塑料的激光器

激光焊接的首次示范出現在20世紀70年代，特別是用于焊接鋼板或不銹鋼[8]、[9]。然而，由于激光源和方法的改進，它直到20世紀90年代才成為一種廣泛應用于各種應用中的焊接技術。目前，熱塑性材料的焊接主要有四種激光類型。表1描述了它們的波長、效率和光束質量。圖2顯示了它們的發射波長。

激光透射焊接

該技術基于以下事實：未著色的聚合物可以傳遞NIR波長輻射，但通過添加吸收劑，它們可以吸收激光輻射，從而實現聚合物的局部加熱和熔化。與遠紅外二氧化碳激光波長技術相比，NIR激光器（Nd:YAG和二極管激光器)可以以不同的方式使用激光焊接。

無吸收體焊接技術

激光焊接中最常用的過程取決于使用標準材料。上部-透明部分-激光輻射應透明，下部-吸收部分-應吸收激光輻射。通常，下部必須包括添加劑、顏料或染料，以提高其吸收率。最常用的吸收劑是CB，它把零件變成黑色。這種組合顯然限制了設計的可能性。

激光焊接材料

激光焊接是一種廣泛應用于生產熱塑性塑料材料的高質量焊接接頭的技術方法。最常見的是類似于熱塑性塑料的焊接，其中要焊接的兩個部件都是相同的材料。由于熔點和化學結構相同，在加熱過程中提供了更好的聚合物鏈混合，有利于焊接過程。類似熱塑性塑料的激光焊接在焊接質量上往往表現出更好的效果。

塑料激光焊接工藝

激光焊接有多種方法可供選擇，它們在激光束和焊接部件的相對運動上有所不同。這些方法可分為輪廓焊接、同步焊接、準同步焊接、面罩焊接和復合焊接五個主要過程。

在輪廓焊接中，機械臂通常用于控制激光運動。與零件相比，激光輻射束在接頭上方形成單通道。輪廓焊接非常靈活，特別適合。用于塑料激光焊接的控制參數

對于所有塑料焊接技術來說，溫度、時間和壓力是三個最關鍵的工藝參數。在激光焊接中，這些參數由激光功率、焊接速度、激光斑點大小、照射時間、激光工作距離、夾緊壓力和激光吸收添加劑的類型和濃度（如有）控制。激光焊接中的能量密度由激光功率、接頭處的激光斑點大小和照射時間（同時評價材料和接頭的表征技術激光焊接通過局部焊接能量的控制精度，為連接對熱應力和機械應力敏感的熱塑性塑料提供了各種可能性。為了控制焊接過程，可以使用各種技術來評估焊接質量。這些技術的范圍從使用放大鏡簡單地觀察焊接接頭到使用更復雜的設備，如熱成像。

結論

在許多應用中，越來越多的聚合物被用來代替金屬或其他材料，這需要開發連接熱塑性塑料的新技術。多年來，許多技術已經開發出來，但激光焊接已經取得了突出的地位，因此它越來越成為研發的興趣領域。熱塑性塑料激光焊接是一種高度特殊的技術，用于在高速焊接的應用中連接塑料部件