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、加工過程無振動，并且焊接區(qū)域四周無熱應力或釋放出顆粒物等優(yōu)點，因而能保證部件具有很高的光學和機械性能。焊接加工良好的重復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，并且可采用高強度焊接光束來進行大部件之間防漏連接（leak-tight joints）的可重復性焊接。在超聲焊接、振動焊接或者熱烙鐵焊接等焊接方法已經(jīng)到達極限的領域，激光焊接可實現(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，激光束通過其中一個具有適度透明度的連接部件而進入連接盤。這樣的話，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，并通過熱傳導使透明連接件也產(chǎn)生塑化。當塑料件冷卻下來的時候，它們就會連接到一起。無論如何，在焊接過程中防松連接的接觸部分必須能導熱。 對于透射焊接而言，由于塑料良好的光學性能，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用于塑料部件的焊接。合適的激光源應根據(jù)加工變量來進行選擇。 加工變量的比較 不只是與部件尺寸有關的應用，其他的多種應用也已因加工變量的開發(fā)而得以實現(xiàn)。圖1所示分別為輪廓焊接、同步焊接、準同步焊接、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、同步、準同步、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的引導而移動，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，并且相對不容易進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)，通過特殊排列的激光二極管或者與部件相適的光學系統(tǒng)，激光被同時用到連接表面的整個焊接輪廓上。激光束和部件之間不需要產(chǎn)生相對移動。同步焊接具有焊接時間短的特別，并且特別適用于大批量的焊接。 在準同步焊接方法中，激光束被掃描鏡引導而高速地沿焊接輪廓移動(圖1正中圖所示)。這使得連接面每秒鐘可被掃描數(shù)次。部件的整個連接面幾乎同時被激光光束所加熱和塑化。 除了這些提到的標準方法外，基于實用性的技術開發(fā)正延伸激光透射焊接的應用可能性。它們包括Leister加工技術公司專利所有的掩膜焊接和球體焊接方法，也含最新開發(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)。一個反射掩膜被放入部件和激光源之間。它能使激光束僅通過部件上需要焊接的位置。線性激光束穿越整個掩膜。采用適合的激光系統(tǒng)，能夠生成寬度僅為100mm的熔接線。同樣，焊縫尺寸小達數(shù)微米也使得該技術可用于結構敏感部件的焊接。此項技術允許微流體領域中的小部件，以及寬度達100mm的大型部件在一次操作中達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)展起來的。一束激光波束由氣墊式的無摩擦旋轉(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，與工作面形成點式接觸。壓力接觸點總處于光學系統(tǒng)的軸向方向。因而激光束僅對有接觸壓力的點起作用。焊接過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)對稱部件的激光焊接可由不同的處理方法來實現(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)。固定的激光點波束在部件連接面的徑向進行作用以形成焊縫 (圖2所示)。所需的焊接壓力通過在焊接區(qū)域的緊配合結構來施加。設計這種緊配合結構時必須考慮部件的硬度。通常1N/mm2量級的接觸壓力就足夠了。 由Leister開發(fā)的一種變異方法 — 徑向焊接，能在不移動部件的情況下對對稱性部件進行焊接。在焊接過程中，部件被固定在與一個圓錐形鏡同中心的位置上。激光束在鏡子上形成一個環(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)展是一個漸進過程。在這種情況下，焊接輪廓通過點聚激光束和部件之間的相對運動來形成。除了這些方法外，特殊的激光束制導和成型方法也對旋轉(zhuǎn)對稱性部件的同步焊接的實施提供了可能。這種方法需要特殊的光學器件，以在焊接板上形成環(huán)形能量密度分散。這些光學器件被設計和制造成不同的圓環(huán)直徑和線寬。在這種情況下，激光束在圓錐鏡周圍同時發(fā)生反射，并放射狀地作用在部件上。環(huán)形焊接同時進行并且激光束、反射鏡和部件之間沒有相對運動。 與此同時進行的焊接過程具有這樣的特征，即整個輪廓的焊接通過輻射脈沖一步同時進行。與輪廓焊接方法相比，該工藝大大縮短了焊接的時間。激光作用的時間增加了，并且不再需要高成本的移動系統(tǒng)。此工藝在產(chǎn)品批量生產(chǎn)時特別具有吸引力。 采用激光焊接工藝時，材料的光學性能對其熔化行為尤其關鍵。在焊接區(qū)域，放射式焊接所需的緊配合在焊接過程中受部件熱膨脹及熱影響區(qū)域材料軟化的影響。為了形成一個甚至在焊接過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，尤其當它是壁薄部件或者由軟材料制成時更是如此。部件的熔化深度可通過降低輻射的深度及縮短作用時間來使其最小化，因而能保證緊配合的保持。 實例 圖3 典型例子：用于傳動帶張緊裝置的煙火執(zhí)行器（pyrotechnic actuator）的熔合旋轉(zhuǎn)對稱塑料部件的徑向焊接能用于不同的工業(yè)領域。在汽車工業(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)都能用此方法來進行焊接。針頭安全蓋(圖4所示)、導液管及醫(yī)學科技所用的管道都能像許多大小家用電器中軸向?qū)ΨQ部件一樣容易地進行焊接。 圖5 典型例子：一種家用電器的管接頭Leister加工技術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系統(tǒng)組成的激光系統(tǒng)由4位式分度轉(zhuǎn)盤連到制造室內(nèi)。以下加工步驟分別在四個位置上被執(zhí)行： 1. 塑料部件的加載及OK部件的卸載。 2. 兩個連接頭被氣壓缸通過限定的方式連接到管連接器上。 3. 通過徑向光學部件的移動，連接頭依次被焊接。 4. 管路連接部分的泄露測試，包括非OK部件的排除。 激光功率、焊接時間和泄露測試參數(shù)等加工參數(shù)能在觸摸屏上進行編輯。 圖6 管接頭徑向焊接的制造單元總結 人們對塑料部件和產(chǎn)品需求的不斷增加通常也會導致對連接技術需求的增加。這些諸如高焊接強度、焊縫氣密性和光學性能優(yōu)異的質(zhì)量需求都能通過激光焊接技術來得到滿足。 因為所需的加工時間短，徑向焊接在成本效率和可靠地進行旋轉(zhuǎn)對稱部件的同步激光焊接方面具有很大的潛力。舉例說明其優(yōu)點，如部件的易于處理，不需要移動部件等。 該工藝在許多工業(yè)領域有很大的應用潛力，如汽車和消費產(chǎn)品領域。徑向焊接是一項令人感興趣的在短的加工時間內(nèi)獲得高質(zhì)量焊接效果的選擇。