摘 要

本文介绍了激光在塑料焊接中的应用，围绕汽车行业，重点分析激光塑料焊接在塑料车载摄像头中的应用，体现了激光相比传统塑料加工工艺的优势。

激光塑料焊接技术

激光塑料焊接技术最早出现在20世纪70年代，把需要焊接的两个塑料零部件压合平整，使用短红外波段激光对待粘结部位加热，激光透过上层透明材料后被下层材料吸收，从而使得下层材料温度升高，熔化上层以及下层的塑料，冷却后形成粘合效果。发展初期，由于费用昂贵，无法和更早的塑料粘接技术（如振动焊接技术、热板焊接技术等）相竞争，但随着激光焊接技术所需要的设备费用下降，该技术逐渐得到推广并展现独特优势。

图1：华工激光塑料激光焊接基本原理图

常见的激光焊接方式有准直焊接、振镜焊接、同步焊接、掩膜焊接等，可根据具体产品需求，选用不同的焊接方式。

图2：不同激光焊接方式

那么激光焊接优势如此明显的情况下，是不是可以取代其他所有焊接工艺呢？答案是否定的，激光塑料焊接也同样存在自身的局限性：对于上层材料，为防止激光直接作用在表层后被吸收融化，通常要求上层材料透光率达到25%以上，常选用PMMA、PC、ABS、LDPE、HDPE、PVC、PA6、PA66、PS等透光性好的材料；对于下层材料则要求激光吸收率好，实际加工中多会在热作用区添加碳黑等吸收剂，增强吸热效果。

在实验室的测试中，通常使用可见分光光度计测试不同材料对不同波段激光的透过率。将待测材料放入仪器中夹持，设定激光波长，点击测试，即可得到该种材料的透过率。当测试材料透过率和吸收率满足激光焊接的要求时，则判定产品可采用的激光加工工艺。

激光塑料焊接在汽车行业应用

在汽车行业内，车规级生产标准意味着所有塑料零部件加工具备高强度、高耐久、高密封、高复杂环境适应性。相比传统的螺钉紧固、胶水粘合工艺，激光焊接可以实现IP68级以上防水能力，且加工过程无需添加剂，不会出现老化开裂等问题。相比摩擦焊、超声波焊的加工方式，激光焊接效率快、精度高，能实现复杂轨迹加工，可搭配流水线实现塑料零部件的自动化生产。

激光塑料焊接多被应用于车灯、摄像头、仪表盘、安全气囊、压力阀、电子泵等产品中，其中塑料车载摄像头多安装在车身外部，用于监视路面情况，除了需要应对各种极端天气情况，还要面对日晒雨淋，任何工作过程中出现的问题都有可能产生安全隐患，因此质量要求严苛。另外，为了保证摄像头成像清晰，摄像头所处环境的洁净度有很高要求，加工过程中出现的粉尘，烟雾等，会严重影响成像质量，因此加工难度大。为满足不同工况下摄像头的工作稳定性，塑料车载摄像头需要整体密封以达到防水防尘效果，一般需达到IPX7级防水等级。传统的组装工艺多采用密封圈+螺钉紧固，胶水连接或超声波焊接等方式，均无法同时满足防漏功能好，生产效率高，适合不规则轨迹的要求，因此激光焊接被作为优选方案被推广。

图3：常规摄像头装配工艺

激光焊接应用在车载摄像头上盖与壳体之间的组装（如图4），要求如下：

① 密封要求：50Kpa大气压，泄漏量不超过0.15ml/min，水密符合IP69；

② 拉拔力要求：拉拔力大于250N；

③ 外观要求：外部无可见毛边，无溢胶现象。

图4：样品加工图示

在加工过程中，有如下关键点需要留意：

1. 激光加工的原理是在下层材料表面积累足够热量后融化上下层接触面从而形成粘合，因此整个加工过程中，产品的压合尤其重要，一旦压合不均或部分轨迹未压合到位，就会产生虚焊和不良品。通常建议使用亚克力板或光学玻璃等作为上层压合材料，对产品进行整体压合。针对大幅面产品，还需设计导杆机构及调平机构，保证上下层材料的平行度及压合的平整度（如图5）。

图5：压合装置设计

2. 焊接过程中，由于上下层材料结合面有材料融化，一般焊接完成后产品会产生一定程度的塌陷（如图6），塌陷值会决定焊接效果的一致性，产品表面的毛边、溢胶情况以及后续装配尺寸，这是塑料焊接中的一项关键指标，通过设计位移传感器来测量焊接前后的产品高度差值，即塌陷值，管控此数值来保证焊接效果的稳定性。

图6：塌陷值显示界面

3. 塑料焊接中，多数产品有强度和气密性要求，因此上下材料接触宽度一般建议保持在1mm及以上（如图7），太小的接触面会降低强度和气密性能。

图7：产品设计建议

4. 塑料焊接过程中，材料的融化会产生一定的烟雾及有害气体，为了保证作业人员的健康，焊接设备需配备烟雾净化系统。

在激光塑料加工领域中，基本采用半导体激光器作为光源，915/980nm波段对常见塑料透过率好，成本优势明显。功率多集中在50-500w区间，搭配不同的外光路，实现各类产品的焊接需求。

以下为某品牌车载摄像头测试数据：

· 材料：ABS+PC/PBT

· 外观要求：完全无损伤和溢胶        

· 力学性能：可承受25KG拉力

· 气密要求：大于0.5MP

· 焊接效率：3s/个

测试上测材料透光率为22%

测试上测材料透光率为0%

将产品放入一个密封的模具内，测试气密性通过

结语

华工激光塑料焊接机已在车载摄像头领域开发客户案例，掌握实际生产需求以及关键设计点，可以充分发挥激光焊接的高精密性、高效率、高能量等特性，让激光焊接更广泛地应用于车灯、仪表盘、压力阀等汽车关键零部件加工中。随着汽车轻量化的发展要求和汽车塑料技术的扩大应用，汽车塑料的单车用量今后还将会进一步增加，塑料激光焊接装备市场前景可期。

关于华工激光

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