除了传统的焊接方法，激光焊接塑料已被证实是一种可靠的材料焊接方法，并广泛应用在汽车、电子、医疗、保健、食品包装和消费电子产品市场。直接输出半导体激光器由于具备灵活的功率可控性和非接触式温度测量功能，使其尤其成为此类应用理想的工具。当它们被用于焊接微小和敏感的塑料部件或在温度敏感的环境下焊接细小部件时，这些优点都将得以充分体现。

塑胶焊接

塑胶焊接：塑料焊接是针对不易以热熔、超音波熔接之PE、PP，尼龙、PET等圆形或管状工件，做高速旋转与加压运动，使上下工件于极短时间内达到熔解结合之设计。

焊接方法

塑料焊接，热板机，旋熔机按所采用的加热软化方式的不同，塑料焊接方法可分为通过外加热源软化、通过机械运动方式软化、和通过电磁作用软化几种。

外加热源

采用外加热源方式软化的焊接技术：热板焊接、热风焊接、热棒和脉冲焊接;

1.热板焊接可能是最简单的塑料焊接技术，但这种方式特别适合于需要大面积焊接面的大型塑料件的焊接，一般是平面电热板将需焊接的两平面熔融软化后迅速移去电热板合并两平面并加力至冷却。这种方法焊接装置简单，焊接强度高，制品、焊接部的形状设计相对来说比较容易。但由于热板产生的热量使制品软化，周期较长;熔融的树脂会粘附到电热板上且不易清理(电热板表面涂F4可减轻这种现象)，时间长了形成杂质影响粘接强度;需严格控制压力和时间保证适当的熔融量;当不同种类的树脂或金属与树脂相接合进，会出现强度不足的现象。

2.热风焊接当热风气流直接吹向接缝区时，导致接缝区与母材同材质的填充焊丝熔化。通过填充材料与被焊塑料熔化在一起而形成焊缝。这种焊接方法焊接设备轻巧容易携带，但对操作者的焊接技能要求比较高。

3.热棒和脉冲焊接这两项技术主要用在连接厚度较小的塑料薄膜的焊接。并且这两种方法相似，都是将两片薄膜紧压在一起，利用热棒或镍铬丝产生的瞬间热量完成焊接。

机械运动

采用机械运动方式软化的的焊接技术：摩擦焊接、超声波焊接;

1.摩擦焊接：按运动轨道可分为直线型和旋转型;直线型可用于直线焊缝的焊接和平面焊接的焊接，旋转型可用于圆形焊缝的焊接。在利用压力下的两部分在磨擦过程中产生的磨擦热量使接触部分的塑料熔融软化，对正固定直到凝结牢固。

2.超声波焊接：使用高频机械能软化或熔化接缝处的热塑性塑料。被连接部分在压力作用下固定在一起，然后再经过频率通常为20或40千赫的超声波振动，换能器把大功率振动信号，转换为相应的机械能，施加于所需焊接的塑料件的接触界面，焊件接合处剧烈擦瞬间产生高热量，从而使分子交替熔合，从而达到焊接效果。 超声波焊接过程很快，焊接时间不到一秒，并且很容易实现自动化，在电子、电器、汽车零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工艺品、化妆品等各个行业广泛应用。 运动方式焊接是一种自动焊接过程，都需要专用焊接设备。一旦确定了正确的焊接参数，操作工即可稳定生产。其优点是：快速、灵活、焊接过短稳定且不需焊剂或保护气体，也不产生有害气体或熔渣，产品焊接质量有保证。

电磁作用

采用电磁作用软化的焊接技术：高频焊接、红外线焊接、激光焊接;

1.高频焊接：利用电磁感应原理高频感应加热技术，穿透塑料制品对埋藏于塑料件内部的感应体或磁性塑料产生感应加热，被焊塑料在快速交变电场中可以产生热量而使需焊接部位迅速软化熔融，继而填充接口间隙，并以完善的机械装置辅助达到完美焊接。产生高频感应的最为常用的方法是，利用高频电流通过线圈，从而得到一个强大的高频磁场。感应体(即发热体)一般为铁、铝、不锈钢等材料，但也使用通过添加磁性物质加工而成的磁性复合塑料。通过这种方法焊接制作的产品包括文具夹，可充气物品，防水衣和血袋等。

2.红外线焊接：这项技术类似于电热板焊接，将需要焊接的两部分固定在贴近电热板的地方但不与电热板接触。在热辐射的作用下，连接部分被熔融，然后移去热源，将两部分对接，压在一起完成焊接。这种方式不产生焊渣、无污染，焊接强度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系统的连接。

3.激光焊接：20世纪70年代，激光开始被应用到塑料焊接上。它的原理是将激光产生的光束(通常存在于电磁光谱红外线区的集束强辐射波)通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统，聚焦于待焊接区域，形成热作用区，在热作用区中的塑料被软化熔融，在随后的凝固过程中，已融化的材料形成接头，待焊接的部件即被连接起来，通常用于PMMA、PC、ABS、LDPE、HDPE、PVC、PA6、PA66、PS等透光性好的材料，在热作用区添加碳黑等吸收剂增强吸热效果。塑料激光焊接的优点较多：焊接速度快、精度高;自动化、精密数控容易实现;成本相对较低。因此，塑料激光焊接技术在汽车、医疗器械、包装等领域得到了比较广泛的应用。

选择性焊接

电子元件的选择性焊接是一种使用填充材料(焊料)填充到连接间隙让物质表面连接起来的方法。选择性焊接主要用于把电子元件连接到电路板或传导路径上这类生产工艺中。

对于一些电子应用，例如在电子元件和PCB包括焊料在一个热箱中同时被加热，大量采用焊接加工是非常合适的。对于热敏元件或在热敏环境下的焊接(如塑料外壳)，选择性焊接的方法是非常理想的必选方案。传统的选择性焊接要求热表面有机械接触，但在空间有限、限制接触或流入连接口热量被控制的情况下，激光焊接发挥了明显的优势。激光焊接能将所有输入能量精准有效地转化与应用。例如，小元件可获得良好的焊接效果，同样对于一些不可加热的元件或热敏焊接部件，效果非常显著。案例见图1。

光纤耦合直接输出半导体激光器往往被用于选择性激光焊接工艺。在光纤的输出端，激光束会通过一个固定的聚光元件或扫描镜。该光源常见的输出芯径是180μm。加工所需的焊接材料可由送丝系统提供或通过预先添加焊膏或镀锡。

：常见选择性激光焊接应用案例。 a)温度敏感环境。b)不良接触。c)敏感LED设备

高温计加工控制

焊接过程主要分为三个阶段：加热、变形和润湿。第一阶段需要提高被焊接部件的温度至焊材的要求。在第二阶段，焊材流入被润湿的部分，这个阶段的持续时间需要根据部件的大小、以及焊接连接处的大小与情况相应地调整。焊接温度必须保持不变。最后阶段，熔化的焊材将被焊接的金属部件表面件，过程中要求表面无杂质和氧化物层。

温度优化与时间特征对于选择性焊接能否取得最佳效果是至关重要的。例如，图2显示的适时温度走势，是由一个非接触式温度测量结合半导体激光系统得到的，这里面一个高温计观察路径与聚焦激光束位于同轴。焊接口温度与半导体系统的功率输出形成闭环回路，这为加工提供了精确控制。需要注意的是高温计测量，也可用于良好焊接口的自动验证和排除不良接口。

激光焊接塑料是一种传输加工，这一过程中，被焊接的元件部分是重叠的。正如图3所示，上面连接口传输的激光辐射被下面即将被连接的部分吸收了，它被熔化了。热量传输也熔化了上层材料，并在两个部件之间产生了焊缝。采用这种方法，激光波长的传输属性对于部件焊接的效果是非常重要的。

通常情况下，半导体激光器用于塑料焊接的输出近红外波长在800至1000 nm之间。大多数非染色的热塑性塑料在此波长范围有着良好传输效果。

一种吸收材料，如碳黑可以被添加到空隙和/或特殊的添加剂也可以掺入到塑料中。颜色的组合是可能的，对于普通光它是几乎透明的，但对上述波长的激光它是可吸收或可达到强烈吸收。

塑料焊接的原理

使用激光加工的优势

激光焊接已经与传统的材料连接方法产生了竞争，而且相关的工艺优势在未来将越来越突出。特别是，控制能量输入到连接区域的方法已被发现，这对于许多生产线是一个重要的优势。

激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。

激光加工技术主要有以下独特的优点：

①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。

②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工;在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。

③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。

④可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。

⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法。

⑥无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

⑦激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

⑧激光束的发散角可<1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒，同时，大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至10kW量级，因而激光既适于精密微细加工，又适于大型材料加工。激光束容易控制，易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。

激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小，所以热影响区和热变形小;加工效率高，易于实现自动化。

质量和加工控制

与其它连接方法一样，激光焊接也出现了质量控制的问题。怎样才能在焊接过程中确保质量和/或将劣质部分从良好部分中分离出来?如何通过适当的加工控制减少废弃部件的数量?一个质量评估的方法，也被用来在超声波焊接，就是用来测量一组焊接路径的参数变化。这一路径可由一个扫描振镜得以实现，它驱动激光束围绕一个固定的封闭路径，快速使用两个内部的反射镜。

图4：扫描振镜-组合了高温计的优点，实现快速光束偏转的在线加工控制。

高温计测量的波长范围在1800至2100nm之间，所以必须根据情况调整光学聚集系统。

这一光学系统也保证了高温计点与激光聚焦重叠。

激光束被迅速偏转到一个可编程焊接轮廓，这轮廓几乎同时被熔化。使用机械夹具按压上部使之进入熔化材料，可以测量到一个有限的塌陷。如果连接的两部分是相容的和可焊接的，其中一部分可填平坍塌处，并产生质量良好的焊缝。如果预定的时间距离曲线没有得到满足，那么焊缝质量可能不够充分，这一部件也可能最终被废弃。

一种评估焊接质量的替代方法是，通过使用远程高温计测量焊接过程中的熔融材料。装备高温计的加工头结合半导体激光器可快速控制焊接温度和焊接缺陷的检测。当被焊接元件相关的光学性质表现出某些不均匀时，焊接过程中温度控制的优点(所谓的闭环过程)就非常明显了。当部件被玻璃纤维强化时这样的不均匀性可能会出现。例如，有了自动激光功率控制维持所需的温度，这些不均匀都可以被补偿。此外，尽管一个有缺陷的焊区不能通过测温控制得到补偿，但温度信号的突然升高(其原因，例如，一个受污染的表面吸收更多的激光辐射，或两个焊接部件缺乏或不存在机械接触)可以表明这一点。同样，高温计可以测量所需的焊接温度能否达到，例如激光功率不足。如果上部和下部的温度超出了软件定义的温度，受影响的部件可能会被废弃。每个焊缝允许的单独的加工量是可映射和可追溯的。

选择性焊接

激光选择性焊接在实践中逐渐完善，它广泛应用于许多工业领域。对输出功率良好的可控性使半导体激光成为这一技术的理想工具。结合高温计，温度控制焊接带来了高加工稳定性和稳定的高质量。因此，焊接内部温度敏感的外壳(例如塑料外壳)和对温度敏感的设备如LED元件的可靠焊接，都是可能实现的。

塑料焊接

激光焊接塑料是一个既定的加工，越来越多地应用于不同的市场，并取代传统的焊接方法。在医疗装置制造中，例如，清洁加工是强制要求的。因此，激光焊接特别适用于这一市场。在汽车供应行业，部件配备了敏感电子元件或导航与容器液体，在这里激光焊接成了必选的方法。与加工控制相结合，半导体激光器未来将应用于更多不同的领域。