熱塑性塑料采用激光焊接具有諸如焊接能量非接觸式供應(yīng)、加工過(guò)程無(wú)振動(dòng)，并且焊接區(qū)域四周無(wú)熱應(yīng)力或釋放出顆粒物等優(yōu)點(diǎn)，因而能保證部件具有很高的光學(xué)和機(jī)械性能。焊接加工良好的重復(fù)性也能保證高的焊接質(zhì)量和加工穩(wěn)定性。這種方法能用于微組件之間防松連接（form-locking joints）的焊接，并且可采用高強(qiáng)度焊接光束來(lái)進(jìn)行大部件之間防漏連接（leak-tight joints）的可重復(fù)性焊接。在超聲焊接、振動(dòng)焊接或者熱烙鐵焊接等焊接方法已經(jīng)到達(dá)極限的領(lǐng)域，激光焊接可實(shí)現(xiàn)塑料件之間的連接。 徑向焊接原理搭接焊或者透射焊接已成為主要的焊接工藝。在這些工藝中，激光束通過(guò)其中一個(gè)具有適度透明度的連接部件而進(jìn)入連接盤(pán)。這樣的話(huà)，激光束的能量能被部件吸收而幾乎全部轉(zhuǎn)換成熱能。這些熱能使連接件塑化，并通過(guò)熱傳導(dǎo)使透明連接件也產(chǎn)生塑化。當(dāng)塑料件冷卻下來(lái)的時(shí)候，它們就會(huì)連接到一起。無(wú)論如何，在焊接過(guò)程中防松連接的接觸部分必須能導(dǎo)熱。 對(duì)于透射焊接而言，由于塑料良好的光學(xué)性能，二極管激光、釹：氧化鋁合成晶激光和光纖激光都可作為光源來(lái)用于塑料部件的焊接。合適的激光源應(yīng)根據(jù)加工變量來(lái)進(jìn)行選擇。 加工變量的比較 不只是與部件尺寸有關(guān)的應(yīng)用，其他的多種應(yīng)用也已因加工變量的開(kāi)發(fā)而得以實(shí)現(xiàn)。圖1所示分別為輪廓焊接、同步焊接、準(zhǔn)同步焊接、掩膜焊接和球體焊接（globo welding）的方法（從左至右）。 圖1 激光發(fā)射焊接的不同方法 (從左至右：等高線(xiàn)、同步、準(zhǔn)同步、掩面和圓形焊接的方法)在輪廓焊接方法中（圖1左圖所示），幾乎任何形狀的焊縫都能生成。一束激光波束隨著自由編程的焊縫輪廓線(xiàn)的引導(dǎo)而移動(dòng)，這樣部件就能被依次焊接。在一定范圍之內(nèi)，也可以焊接三維的焊縫輪廓，并且相對(duì)不容易進(jìn)行的位置也能被焊接。 圖2 激光旋轉(zhuǎn)焊接原理在同步焊接中(圖1，從左至右第二張圖所示)，通過(guò)特殊排列的激光二極管或者與部件相適的光學(xué)系統(tǒng)，激光被同時(shí)用到連接表面的整個(gè)焊接輪廓上。激光束和部件之間不需要產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。同步焊接具有焊接時(shí)間短的特別，并且特別適用于大批量的焊接。 在準(zhǔn)同步焊接方法中，激光束被掃描鏡引導(dǎo)而高速地沿焊接輪廓移動(dòng)(圖1正中圖所示)。這使得連接面每秒鐘可被掃描數(shù)次。部件的整個(gè)連接面幾乎同時(shí)被激光光束所加熱和塑化。 除了這些提到的標(biāo)準(zhǔn)方法外，基于實(shí)用性的技術(shù)開(kāi)發(fā)正延伸激光透射焊接的應(yīng)用可能性。它們包括Leister加工技術(shù)公司專(zhuān)利所有的掩膜焊接和球體焊接方法，也含最新開(kāi)發(fā)的徑向焊接方法（radial welding）。 掩膜焊接的原理如圖1所示(從右至左的第二張圖)。一個(gè)反射掩膜被放入部件和激光源之間。它能使激光束僅通過(guò)部件上需要焊接的位置。線(xiàn)性激光束穿越整個(gè)掩膜。采用適合的激光系統(tǒng)，能夠生成寬度僅為100mm的熔接線(xiàn)。同樣，焊縫尺寸小達(dá)數(shù)微米也使得該技術(shù)可用于結(jié)構(gòu)敏感部件的焊接。此項(xiàng)技術(shù)允許微流體領(lǐng)域中的小部件，以及寬度達(dá)100mm的大型部件在一次操作中達(dá)到快速而精確的焊接。 球體焊接是基于輪廓焊接方法的原理而發(fā)展起來(lái)的。一束激光波束由氣墊式的無(wú)摩擦旋轉(zhuǎn)球面玻璃透鏡聚焦到部件的分界面上(圖1右圖所示)。球面玻璃透鏡起機(jī)械加壓工具的作用，并在沿與分界面垂直的方向持續(xù)加壓，與工作面形成點(diǎn)式接觸。壓力接觸點(diǎn)總處于光學(xué)系統(tǒng)的軸向方向。因而激光束僅對(duì)有接觸壓力的點(diǎn)起作用。焊接過(guò)程在接觸壓力的作用下發(fā)生，以確保高焊接質(zhì)量。 激光旋轉(zhuǎn)焊接 諸如管或者軟管連接的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)部件的激光焊接可由不同的處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在激光旋轉(zhuǎn)焊接（Laser Rotational Welding）方法中，部件圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。固定的激光點(diǎn)波束在部件連接面的徑向進(jìn)行作用以形成焊縫 (圖2所示)。所需的焊接壓力通過(guò)在焊接區(qū)域的緊配合結(jié)構(gòu)來(lái)施加。設(shè)計(jì)這種緊配合結(jié)構(gòu)時(shí)必須考慮部件的硬度。通常1N/mm2量級(jí)的接觸壓力就足夠了。 由Leister開(kāi)發(fā)的一種變異方法 — 徑向焊接，能在不移動(dòng)部件的情況下對(duì)對(duì)稱(chēng)性部件進(jìn)行焊接。在焊接過(guò)程中，部件被固定在與一個(gè)圓錐形鏡同中心的位置上。激光束在鏡子上形成一個(gè)環(huán)形通路并形成偏離，激光便放射性地照射到部件上。這就形成了圍繞部件密封的連續(xù)焊接 (標(biāo)題圖片)。 基于輪廓焊接原理的激光旋轉(zhuǎn)焊接和徑向焊接的發(fā)展是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。在這種情況下，焊接輪廓通過(guò)點(diǎn)聚激光束和部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)形成。除了這些方法外，特殊的激光束制導(dǎo)和成型方法也對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性部件的同步焊接的實(shí)施提供了可能。這種方法需要特殊的光學(xué)器件，以在焊接板上形成環(huán)形能量密度分散。這些光學(xué)器件被設(shè)計(jì)和制造成不同的圓環(huán)直徑和線(xiàn)寬。在這種情況下，激光束在圓錐鏡周?chē)瑫r(shí)發(fā)生反射，并放射狀地作用在部件上。環(huán)形焊接同時(shí)進(jìn)行并且激光束、反射鏡和部件之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 與此同時(shí)進(jìn)行的焊接過(guò)程具有這樣的特征，即整個(gè)輪廓的焊接通過(guò)輻射脈沖一步同時(shí)進(jìn)行。與輪廓焊接方法相比，該工藝大大縮短了焊接的時(shí)間。激光作用的時(shí)間增加了，并且不再需要高成本的移動(dòng)系統(tǒng)。此工藝在產(chǎn)品批量生產(chǎn)時(shí)特別具有吸引力。 采用激光焊接工藝時(shí)，材料的光學(xué)性能對(duì)其熔化行為尤其關(guān)鍵。在焊接區(qū)域，放射式焊接所需的緊配合在焊接過(guò)程中受部件熱膨脹及熱影響區(qū)域材料軟化的影響。為了形成一個(gè)甚至在焊接過(guò)程中都有效的緊配合，外部部件必須具有高透明度，以便在激光傳播過(guò)程中產(chǎn)生的熱能盡量避免。內(nèi)部部件(吸收介質(zhì))必須能有效地吸收激光能量，尤其當(dāng)它是壁薄部件或者由軟材料制成時(shí)更是如此。部件的熔化深度可通過(guò)降低輻射的深度及縮短作用時(shí)間來(lái)使其最小化，因而能保證緊配合的保持。 實(shí)例 圖3 典型例子：用于傳動(dòng)帶張緊裝置的煙火執(zhí)行器（pyrotechnic actuator）的熔合旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)塑料部件的徑向焊接能用于不同的工業(yè)領(lǐng)域。在汽車(chē)工業(yè)中，燃料系統(tǒng)中的軟管連接、引擎室內(nèi)的傳感器外殼或者執(zhí)行器(圖3所示)都能用此方法來(lái)進(jìn)行焊接。針頭安全蓋(圖4所示)、導(dǎo)液管及醫(yī)學(xué)科技所用的管道都能像許多大小家用電器中軸向?qū)ΨQ(chēng)部件一樣容易地進(jìn)行焊接。 圖5 典型例子：一種家用電器的管接頭Leister加工技術(shù)公司用徑向焊接原理在制造單元(圖6所示)內(nèi)生產(chǎn)出管接頭(圖5所示)。一種典型的Novolas Basic AT激光系統(tǒng)在此加工中被采用。其可提供的激光功率在75瓦到200瓦的范圍。光纖耦合二極管激光器和徑向光學(xué)系統(tǒng)組成的激光系統(tǒng)由4位式分度轉(zhuǎn)盤(pán)連到制造室內(nèi)。以下加工步驟分別在四個(gè)位置上被執(zhí)行： 1. 塑料部件的加載及OK部件的卸載。 2. 兩個(gè)連接頭被氣壓缸通過(guò)限定的方式連接到管連接器上。 3. 通過(guò)徑向光學(xué)部件的移動(dòng)，連接頭依次被焊接。 4. 管路連接部分的泄露測(cè)試，包括非OK部件的排除。 激光功率、焊接時(shí)間和泄露測(cè)試參數(shù)等加工參數(shù)能在觸摸屏上進(jìn)行編輯。 圖6 管接頭徑向焊接的制造單元總結(jié) 人們對(duì)塑料部件和產(chǎn)品需求的不斷增加通常也會(huì)導(dǎo)致對(duì)連接技術(shù)需求的增加。這些諸如高焊接強(qiáng)度、焊縫氣密性和光學(xué)性能優(yōu)異的質(zhì)量需求都能通過(guò)激光焊接技術(shù)來(lái)得到滿(mǎn)足。 因?yàn)樗璧募庸r(shí)間短，徑向焊接在成本效率和可靠地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)部件的同步激光焊接方面具有很大的潛力。舉例說(shuō)明其優(yōu)點(diǎn)，如部件的易于處理，不需要移動(dòng)部件等。 該工藝在許多工業(yè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力，如汽車(chē)和消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域。徑向焊接是一項(xiàng)令人感興趣的在短的加工時(shí)間內(nèi)獲得高質(zhì)量焊接效果的選擇。