透射式激光焊接

透射式激光焊接

要点速览

• 一个部件透射，另一个部件吸收。光束穿过上层部件，在界面处沉积其能量。
• 热量只在需要的位置产生，因此该工艺不产生振动，也不产生颗粒物。
• 在吸收足够的前提下，装配间隙决定焊接质量——间隙无法靠增加功率来弥补。
• 炭黑是传统的吸收剂，这就是许多激光焊接组件呈深色的原因。

透射式激光焊接

透射式激光焊接是一种连接工艺：近红外光束穿过透射性的上层部件，被下层部件表面吸收，在接头界面处精确地产生热量，使两个接触面在夹紧压力下熔融并融合。它是热塑性塑料最主要的激光焊接构型，也是该技术能够用于那些否则会因表面受热而受损的材料的原因。

这种布置的价值在于，能量沉积在组件内部而非外部。可见表面几乎不会明显受热，因此外观面完好无损，而且完全不对组件施加机械能量——这就是该方法适合封装电子元件、传感器或流体通路的外壳的原因，因为超声波焊接或振动焊接会对这些部件造成干扰。

接头两半各自必须做到什么

两个部件通常应采用相同的聚合物，或经证实相容的聚合物。熔融温度和粘度不同的异种材料，无论光学布置如何，都很难形成良好的焊缝。

接头设计与装配间隙

在吸收足够之后，焊接质量就是一个机械问题。大多数项目的成败恰恰在这里：

• 必须紧密接触。熔体必须跨越界面，而间隙让熔体无处可依。在有间隙的情况下增加能量只会烧毁材料，而不是焊接。
• 间隙公差比超声波或振动焊接更严格。必须专门针对接头控制零件翘曲和成型公差，而不仅仅是整体零件尺寸。
• 设计定位接头。台阶、榫槽或剪切接头可以定位零件并将熔体集中在所需位置，而不是依赖平面完美贴合。
• 沿焊接路径的夹紧必须均匀。压力不均会产生一处牢固、另一处却缺失的焊缝。
• 夹紧工装位于光路中。玻璃或亚克力压板必须保持清洁且无划痕，因为其状态会直接改变传递的能量。
• 焊接路径应避开透射部件上的浇口和模塑熔接线，它们会在局部散射光束，并产生可重复出现的薄弱点。

焊接策略

焊接缺陷诊断

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在生产中的应用

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常见问题

为什么必须一个部件透射、另一个部件吸收？

这样才能使热量产生在接头界面处，而不是组件的外部。光束穿过上层部件而不沉积明显能量，在下层部件表面被吸收，所产生的热量在夹紧压力下使两个接触面一同熔融。这使得外观表面和内部组件能够经受住仅相隔几毫米的焊接过程。

看起来透明的部件就一定能很好地透射光束吗？

不一定，这种假设造成了大量浪费的开发工作。可见光下的透明度与近红外透射率是不同的性质：一个部件可能看起来清澈如水，却仍会在 1064 nm 处衰减；而半结晶聚合物无论外观如何，都会通过其结晶区域散射光束。应在工作波长下测量透射率，而不是凭肉眼判断。

吸收剂添加量正确时，焊缝为什么仍然薄弱？

通常是装配间隙问题。由于熔体必须跨越界面，接触面必须在夹紧压力下紧密接触；如有间隙，额外的能量只会烧毁材料而不是弥合间隙。激光焊接对间隙的容忍度不如超声波或振动焊接，因此必须专门在焊缝处控制接头公差和零件翘曲。

激光焊接的组件必须是黑色的吗？

现在已不必如此。炭黑是传统吸收剂，也仍是最便宜的，这就是许多激光焊接组件呈深色的原因，但双功能添加剂和近红外吸收添加剂现已能在外观上不呈黑色的情况下提供吸收。这使浅色、彩色乃至在某些体系中近乎透明的焊接组件成为可能，代价是添加剂成本更高。

应选择哪种焊接策略？

轮廓焊接适合大型或复杂路径，工装成本适中；准同步扫描使整个接头一起熔融，可实现接头塌陷并更能容忍轻微间隙，是气密密封的常用选择；同步焊接对于大批量固定几何形状循环时间最短，但工装成本最高。通常由间隙公差和产量来决定。

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