進入21世紀以來，激光技術的發展使得塑料焊接的工藝方案有了更多選擇。雖然目前的塑料激光焊接占整個塑料焊接加工的市場份額隻有不到20%，但是由于塑料激光焊接的平均效率超過傳統焊接工藝的2~3倍，使得塑料激光焊接在整個塑料焊接加工市場的份額占比不斷攀升，特别是在一些需要高焊接效率和嚴格的外觀要求的場合，具有非常明顯的工藝技術優勢。

塑料的激光焊接已經在醫用塑料器具、白色家電塑料零件和汽車塑料零件的焊接中被廣泛采用。常用的焊接光源是980 nm和808 nm的半導體激光器，而透明和白色塑料在很多焊接應用中需要的高吸收率又催生了1710 nm半導體激光器和2000 nm光纖激光器的發展和應用。

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常見塑料對紅外波長激光吸收光譜的分析

圖1 幾種常見塑料的紅外吸收光譜

圖片來源：國際網絡

圖2 透明聚碳酸酯材料在可見光和近紅外的吸收率

測試樣品厚度為1 mm，圖片來源：國際網絡

從圖1和圖2的常見塑料對紅外波長激光吸收光譜可以看出，厚度3.175 mm的塑料材料，大部分對波長1710 nm和2000 nm附近的光吸收率超過70%甚至80-90%, 這對于各種厚度的塑料制品的激光拼焊和1.5 mm以下透明塑料薄闆的激光穿透焊是非常有利的，已經在醫用塑料器具、白色家電塑料零件和汽車塑料零件的激光焊接中通過了很多實際驗證，并開始應用于一系列激光塑料焊接設備中，進行一些塑料部件産品的正式生産，效果良好，受到塑料激光焊接業界的日漸認可。圖3-6是幾種适合用于激光焊的常見塑料材料。

圖3 PMMA醫用領域應用較多，焊接效果極好

圖片來源：特必靈電子

圖4 ABS在汽車領域常見，焊接效果較好

圖片來源：特必靈電子

圖5 PC材料有較高吸收率，且應用面極廣，但熔點較低，如果控溫不好容易變色

圖片來源：特必靈電子

圖6 AS材料，焊接效果極佳，應用面不如前幾種材料

圖片來源：特必靈電子

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常見應用實例

醫用透明/白色塑料器具的激光塑料焊接

醫療行業使用的塑料制品，很多需要進行激光焊接的加工，生産過程中有極高的品質要求，其中不可額外添加激光吸收劑的品種占90%以上，傳統的激光焊接無法适用，業界翹首以盼新一代專用激光器能夠解決這個難題。

1710 nm的激光以各種透明和白色塑料對其吸收率高出其他波長的激光幾倍至10倍的優越性能，備受醫用塑料激光焊接應用的青睐。同樣的光功率和光功率密度的1710 nm激光器在不額外添加激光吸收劑的情況下，可以達到或超過其他波長的激光在額外添加激光吸收劑的焊接效果，見圖7。

圖7 醫用透明/白色塑料器具的激光塑料焊接

圖片來源：波科激光

3C産品的透明/白色塑料件焊接

3C産品中有很多塑料零部件，其中透明/白色塑料件大約占到30-40%，傳統的焊接工藝采用超聲波和包含紅外波段的鹵素燈加熱來實現，主要适用于一些外觀和焊接質量要求不高和需要追求極低成本的場合，在外觀和焊接質量要求較高的場合，半導體激光器是較好的選擇，其中的1710 nm激光器因吸收率高，性能更加突出，焊接樣品見圖8。

從左至右依次為：密封件、手機防水接插件、儀器設備的精密加工面闆

圖8 3C産品的透明/白色塑料件焊接

圖片來源：波科激光、特必靈電子、上海三束激光

汽車塑料零部件的激光焊接

汽車塑料零部件中透明/白色塑料件大約占到30%，常見的透明/白色塑料件是車燈燈罩、内外飾零件和儀表面闆等，如果采用傳統的超聲波焊接和包含紅外波段的鹵素燈加熱焊接工藝，很難達到汽車零部件外觀标準的要求，而采用1710 nm半導體激光器作為光源的激光焊工藝，可以很好地解決這個難題，見圖9。

從左至右依次為：車燈燈罩、内外飾塑料件、儀表面闆

圖9 汽車塑料零部件的激光焊接，圖片來源：蘇州威克銳

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1710 nm半導體激光器

因透明/白色塑料對1710 nm激光有很強的吸收，用于透明/白色焊接的1710 nm的激光器輸出光功率并不像808 nm和980 nm那樣至少需要100 W以上，一般隻需要幾十瓦的光功率就已經足夠滿足大部分的應用情況，因此目前實際應用的1710 nm半導體激光器（見圖10）的光功率主要有22 W、30 W、40 W和60 W。這種激光器的配置包括了激光器模塊、水冷闆和激光器驅動電源，具有激光器過熱保護和連接電腦的各種控制接口。

圖10 1710 nm半導體激光器整機

圖片來源：QPC Lasers(波科激光)産品手冊

綜上所述，1710 nm半導體激光器在透明和白色塑料材料的激光焊工藝中扮演了一個新興力量的角色，不可否認在一些場合下（比如上部材料較厚的穿透焊）有一定的局限性，但是瑕不掩瑜，仍然不失為透明和白色塑料材料激光焊的一大利器，正在逐漸被業界普遍認可和廣泛采用。

作者簡介

梁民，波科激光研發總監；顧正，上海瀚宇光纖通信技術有限公司項目經理；胡文濤，QPC Lasers和波科激光公司總經理。

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