塑料是一種性能優異的可再生的非金屬材料，作為僅次于金屬的第二大材料體系，塑料在汽車、航空航天、交通運輸、醫療、電子產品等行業都有巨大的應用，輕量化的需求尤其強烈。

塑鋼比，是一個國家生產的塑料和鋼材數量的比值，是衡量國家發達程度的重要標準之一，在發達國家中，這個比值一般維持在 65:35 左右，而我國塑鋼比僅為 30:70，與發達國家有著巨大的差距，同時也說明塑料制品在我國還有廣闊的發展前景。隨著塑料不斷代替金屬，對于塑料零件之間的連接技術和質量也提出了更高的要求。

塑料焊接是實現塑料部件永久連接最有效的方法，傳統的塑料焊接工藝包括超聲波焊接、振動摩擦焊接、熱板焊接等。表 1 為常見的傳統塑料焊接的原理和優缺點總結。

表1 傳統塑料焊接的原理和優缺點

隨著激光行業的發展和激光器成本的降低，激光塑料焊接正逐漸取代傳統的焊接方式。激光焊接技術是借助激光束產生的熱量使塑料接觸面熔化，進而將熱塑性片材、薄膜或模塑零部件粘結在一起的技術。與傳統塑料焊接相比，激光塑料焊接具有以下獨特的優勢：

1. 激光塑料焊接屬于非接觸焊接，與焊接工件沒有物理接觸也不產生化學反應，可以在工業環境下操作，焊接過程清潔無污染，適合用于衛生安全的醫療和食品行業。

2. 激光可以通過光束整形來調控光束尺寸大小和改變形狀，便于控制熱影響區和接合區的大小，具有高的自由度和較好的靈活性，并且對焊接零部件的尺寸及形狀沒有限制，可實現二維和三維的焊接，提供了零部件多樣化的定制服務。

3. 激光塑料焊接的焊接速度快，焊縫強度高，無飛邊，無殘渣，能夠保證焊接區域的良好外觀。

4. 激光塑料焊接部件精密牢固，不透氣，不漏水，能極大減少熱應力和振動應力，適合對精密電子元器件和易損壞器件的焊接。

激光塑料焊接原理

激光透射焊接原理如圖1所示，兩塑料焊接件通過夾具施加壓力貼合在一起，緊密的貼合可以保證焊接質量。上層塑料焊接件為透光材料，需要對激光具有較高透過率，而下層焊接件為吸光材料，需要對激光有較高吸收率。經研究表明，當上層透光材料對激光的透過率高于50%，下層吸光材料透過率低于20%時，激光塑料焊接會獲得較好的結果。激光束透射過上層塑料作用到下層焊接件的表面，激光能量被下層塑料吸收，并轉化為熱能，熱能從吸收層傳導到上層透光材料上，熔融加熱透光層材料，冷卻后二者結合在一起，完成焊接過程。

圖1 激光透射焊接原理

激光塑料焊接中光源波長的選擇

為激光塑料焊接選擇合適的激光光源是十分重要的。兩個被焊接部件的顏色搭配不同，焊接難度不同，也會影響激光光源的選擇。圖2顯示了因材料顏色的不同而造成的焊接難易程度?？梢钥吹綄崿F透明/黑色塑料的激光焊接比較容易，其次是黑色/黑色塑料，但是對于透明/透明塑料和白色/白色塑料的激光焊接會比較難。

圖2 材料顏色的不同而造成的焊接難易程度

圖3是幾種不同塑料對于不同波長激光的穿透率。從圖中可以發現波長范圍為900 nm-1100 nm時，塑料對于激光的穿透率非常高，可以達到85%-95%。由于T（穿透率）+R（反射率）+A（吸收率）=1，而材料對于激光的反射率可以忽略不計，因此在這一波段，塑料對于激光的吸收率非常低，只有5%-10%都不到。而如果我們觀察激光波段2000 nm-2100 nm，可以發現PMMA和PC等透明材料在這一波段的透光性只有5%-20%，相應的對激光的吸收率就會高達80%以上。

圖3 幾種不同塑料對于不同波長激光的穿透率

激光塑料焊接技術對被焊接塑料的要求為：在熱作用區內的材料，要求對激光光波的吸收性好；不屬于熱作用區部分的材料，則要求對光波的透過性好。因此，應用激光焊接的塑料材料必須對激光有吸收。

激光塑料焊接的行業應用

激光塑料焊接在汽車、日用品和家電、3C電子產品和醫療器械等行業都有廣泛的應用見圖4。在一些汽車零部件制造方面，激光塑料焊接在汽車進氣歧管、儀表盤、變速箱過濾器、車燈等的焊接比超聲波和熱板焊有更好的強度、密封性、外觀、速度和穩定性。許多汽車電子配件也已開始使用激光塑料焊接封裝，如汽車尿素管、車載攝像頭、汽車雷達、自動門鎖、角度傳感器、尾門開關和胎壓計等。

圖4激光塑料焊接部分應用

激光塑料焊接綠色環保、生產成本低且安全性高，已經在食品包裝盒、塑料扎帶、吸奶器、液冷燈、風扇及各種電器產品殼體等日用品和家電行業得到廣泛應用。隨著人們對電子產品小型化、輕量化、外觀和成本等的追求，傳統的塑料焊接已經不能滿足。激光塑料焊接具有高質量、低變形、高效率和高速度的優點，廣泛應用于電子產品殼體、鍵盤、耳機、VR 眼鏡、電子煙及尼龍表帶等 3C 電子產品中。

激光塑料焊接是一種無接觸式的焊接方法，焊接過程中不會產生振動、噪音及粉塵，是一種極度清潔的精密焊接方法，非常適合醫療塑料制品的精密焊接。因此大量塑料制的醫療器械使用激光塑料焊接技術進行焊接，如各種醫療測試盒、呼吸管、血液分析儀、塑料針頭、造口袋、流體器件等。

結束語

激光塑料焊接技術是一個有著變革性和巨大市場前景的新技術，正在成為激光焊接領域的熱點。激光塑料焊接彌補了傳統塑料焊接的不足，具有速度快、加工方便、適應范圍廣和易于實現精密數控等優點。我國在塑料制品上的應用與國外有較大差距，還有很大的塑料制品市場待發掘。激光塑料焊接技術的發展將迎合未來中國市場的走勢，產生巨大的經濟效益和社會效益。