穿透式雷射焊接

穿透式雷射焊接

重點摘要

• 一個零件透光，另一個吸光。光束穿過上方零件，並在界面處釋放能量。
• 熱量僅在需要之處產生，因此製程不會產生振動與微粒。
• 一旦吸收足夠，焊接品質便取決於配合精度——間隙無法靠增加功率來彌補。
• 碳黑是傳統的吸收劑，這也是許多雷射焊接組件呈深色的原因。

穿透式雷射焊接

穿透式雷射焊接是一種接合製程：近紅外光束穿過透光的上方零件，並在下方零件表面被吸收，於接合界面處精準產生熱量，使兩個接合面在夾持壓力下熔融並融合。它是熱塑性塑膠中最主要的雷射焊接配置，也是這項技術得以應用於原本會因表面受熱而受損的材料的原因。

此配置的價值在於能量沉積於組件內部，而非外部。可見表面幾乎不受加熱，因此外觀面可完好保留，且完全不對組件施加機械能——這正是此法適用於內含電子元件、感測器或流體通道的外殼的原因，因為超音波或振動焊接會干擾這些部件。

接合處兩半各自須具備的條件

兩個零件通常應為同一種聚合物，或經驗證相容的聚合物。熔融溫度與黏度不同的異種材料，無論光學配置如何，都很難形成良好的焊接。

接合設計與配合

一旦吸收足夠，焊接品質就是機械層面的問題。這正是多數專案成敗的關鍵所在：

• 必須緊密接觸。熔融體必須橋接界面，而間隙使其無可橋接。在間隙上增加能量只會燒毀材料，而不是焊接它。
• 間隙公差比超音波或振動焊接更嚴格。零件翹曲與成型公差必須針對接合處控制，而不僅是針對整體零件尺寸。
• 設計定位式接合。階梯、榫槽或剪切接合能定位零件並將熔融體集中於所需位置，而不必仰賴平面接合面完美貼合。
• 夾持力必須沿焊接路徑均勻。壓力不均會使焊接在某些位置牢固，在其他位置卻付之闕如。
• 夾持工具位於光束路徑上。玻璃或壓克力壓板必須保持乾淨且無刮痕，因為其狀態會直接改變傳遞的能量。
• 讓焊接路徑遠離透光零件上的澆口與成型熔接線，這些位置會局部散射光束，並造成可重複出現的薄弱點。

焊接策略

診斷焊接缺陷

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在生產中的應用

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常見問題

為什麼一個零件必須透光，另一個必須吸光？

這樣熱量才會產生在接合界面，而非組件外側。光束穿過上方零件而不沉積明顯能量，在下方零件表面被吸收，所產生的熱量在夾持壓力下使兩個接合面一同熔融。這使外觀面與內部零件得以在數毫米之外進行焊接時完好無損。

看起來透明的零件就一定能良好透射光束嗎？

不一定，而這種假設造成大量無謂的開發浪費。可見光的透明度與近紅外線的透射率是不同的性質：零件可能看起來清澈如水，卻仍在 1064 nm 處造成衰減，而半結晶聚合物無論外觀如何，都會因結晶區域而散射光束。應在工作波長下量測透射率，而非憑目測判斷。

吸收劑含量正確，為什麼焊接仍然薄弱？

通常是配合問題。接合面必須在夾持壓力下緊密接觸，因為熔融體必須橋接界面；若有間隙，額外的能量只會燒毀材料而不會填補間隙。雷射焊接對間隙的容忍度不如超音波或振動焊接，因此必須針對焊接處控制接合公差與零件翹曲。

雷射焊接的組件一定得是黑色嗎？

現在不必了。碳黑是傳統的吸收劑，也仍是最便宜的，這也是許多雷射焊接組件呈深色的原因，但雙功能及近紅外線吸收添加劑如今能在外觀不呈黑色的情況下提供吸收。這使得淺色、有色，以及在某些系統中近乎透明的焊接組件成為可能，只是添加劑成本較高。

應該選擇哪種焊接策略？

輪廓焊接適合大型或複雜的路徑，且模具成本較低；準同步掃描使整條接合處一起熔融，可讓接合處塌陷並更能容忍輕微間隙，是氣密封合的常用選擇；同步焊接則為大量、固定幾何的應用提供最短週期，但模具成本最高。通常由間隙公差與產量決定。

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