激光焊接技术的快速发展

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　　激光焊接塑料的基本原理是，通过夹具施压将两个工件叠加在一起，再向上面的工件射入激光，使激光能够穿透该工件并被下面的工件吸收。吸收的激光光能转化为热能，进而使两工件的接触面熔化，最终形成焊接区。然而，人们真正认识到应用激光焊接技术来焊接热塑性材料却经历了相当长的过程。在新材料、新设备和新技术工艺层出不穷的时代，现在的生产者不仅要了解激光焊接的特性、优点和要求，还应认识到此领域的诸多创新和未来趋势，这样才能把握技术流行趋势，始终处于科技的最前沿。

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　　材料的发展

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　　为了能够更好地适应激光焊接技术，材料供应商在热塑性材料方面已取得一些重大进展。大约3年前，几乎所有的单一自然材料在添加碳黑后，都可以获得很好的激光焊接质量，但那时吸收剂的颜色只能是黑色。现在，这方面已经有了很大的进展。生产者几乎可以设计任何颜色，而且能同时满足激光焊接的要求，并保证工艺的稳定性。

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　　除了颜色，材料技术的创新也打破了激光焊接原有的一些限制。例如，热塑性材料最初使用的阻燃剂都是磷化阻燃剂，对其进行激光焊接时往往会导致材料对近红外光的透光率不足。现在，很多材料供应商都开发出了新型的无氯阻燃剂，很好地解决了这一问题，从而成功地满足了激光焊接的要求。

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　　工艺和设备技术

　　早些年，激光焊接技术即使是焊接很小的电子器件外壳，也需要很大的机器，同时需要复杂的外部冷却系统，因此需要占用很大的工厂空间，这无疑会导致较高的投资费用，而且那时的焊接设备习惯使用Nd：YAG固态激光器。虽然后来二极管激光器的成功应用逐渐取代了这种固态激光器，但这些二极管激光器的质保时间通常不足3000h，仍然无法和固态激光器竞争。随着新型的二极激光器的研制成功，它们几乎都是免维护的，而且预期寿命可高达20000h，因此成功地替代了固态激光器成为厂商的首选。现在的激光焊接系统其结构简洁紧凑，标准的系统可处理最大240mm×240mm的工件，而且聚焦直径小于1.5mm。此外，还可选用各种过程监测手段。

　　看到二极管激光技术的巨大应用潜力和广阔的应用前景，供应商们不断加大研发力度，许多新技术由此应运而生。例如，二极管激光光纤耦合技术以及使用工业机械手进行激光焊接等，其中，二极管激光光纤耦合技术即使更换激光源后仍可保证激光光束的均一性。

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　　随着技术的进步，激光焊接能够很容易地利用工艺和设备的优势来弥补该技术与常规方法在设备成本上的差距。因此，成本因素已经不再是限制激光焊接技术获得广泛应用的主要原因。

　　作为激光焊接应用的领航者，汽车行业的巨大发展也再次验证了激光焊接技术的优势所在。以传感器外壳为例(如图1所示)，激光焊接技术在汽车领域已有数年应用。目前，任何新模块的设计从一开始就是为了适应其变化。在敏感电子封装方面，采用常规的焊接方法往往会对电子部件产生明显的机械应力和高温影响，而激光焊接则能够按需控制和调整焊接能量，从而保证了焊接质量的精细准确。另外，激光焊接的经济性也缓解了汽车行业所面临的降低费用的极大压力。激光焊接技术在汽车行业的成功应用完全能够证明这一点。

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　　图1汽车传感器

　　未来趋势

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　　关于器件尺寸，市场有两种相反的趋势：一方面，器件越来越小，且焊缝复杂；另一方面，器件更大，且是三维的。而激光焊接设备的不断发展，可同时满足这两种要求。

　　目前，医学诊断产品持续向小型化方向发展，这就要求焊接技术能够在最小的空间同时集成数种功能器件。采用其他方法焊接毛细微流结构(如图2所示)十分困难，或者根本就不可能，而现在，即使当今廉价的电镜扫描激光系统都可以焊接这种产品。以前，人们会选择容易聚焦的Nd：YAG激光器，但该技术成本非常昂贵，且技术不够灵活。相比之下，光纤激光或光纤耦合二极管激光焊接技术不仅能够满足0.1mm的焊缝宽度，且不受焊缝形状和腔室大小的限制。

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　　图2微流体结构：焊缝宽度小于0.5mm，长度约2m

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