2μm激光器在塑料焊接中的应用

一、引言背景

随着科技的不断进步，激光技术已经广泛应用于各个领域，其中，激光焊接作为一种高效、精准的焊接方式，已经得到了现代智能加工制造的广泛应用。

激光焊接是一种利用高能量密度的激光束作为热源进行精密焊接的方法，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，实现工件熔化并形成特定的熔池，从而达到连接材料的目的。它具有高效、精准、适应性广和环保等优点。激光焊接可以应用于各种塑料、金属和其他材料的焊接，特别是对微小型零件的精密焊接具有显著优势。

1988 年，英国南安普敦大学Hanna 等首次实现了掺铥单模光纤激光器21 mW输出，并且可以在1880~1960 nm 范围内调谐输出激光。从原理上看，2μm波段处于人眼的安全波段，对NO、H2O、CO2等有着良好的吸收谱线，而且具备高电光转换效率、体积紧凑、免维护运行等特点，因此可以应用于激光雷达、空间通信、生物医疗、材料加工等多个方向。目前2μm激光器的生产厂家主要有Trumpf，IPG等公司，国内主要有中镭光电，杰普特，瀚宇等。

其中我司中镭光电目前可提供全光纤结构的2μm 波段掺铥光纤激光器，额定输出功率 5-100W 可选，其中功率 30W 及以下为风冷散热， 50W 以上采用水冷散热，激光器输出单模和多模可选，波长范围涵盖 1.9-2.05um。

三、2um激光器在塑料焊接中的应用

激光透射焊接原理图

目前塑料焊接的市场普遍采用热板焊接、热气焊、超声波焊接、热棒和脉冲焊接、电阻植入焊接等方法，这些方法在焊接精细度，焊接尺寸，焊接效率，焊接可靠度等方面都有着诸多亟待改进的不便。市场需要一种既能控制材料热塑性变形以提高焊接加工精度，又能保证焊缝均匀以提高焊接质量的快速焊接方法。为此，激光塑料焊接应用而生，相比于传统的焊接方法，激光塑料焊接具有以下优势：

①非接触焊接：激光焊接采用非接触方式进行焊接，避免了传统焊接方式中存在的机械应力、振动等问题，从而保护了塑料制品的结构和性能。

②高精度和高质量的焊接：由于2μm激光器的波长和光斑大小比较适合塑料的吸收和焊接，因此可以实现高精度和高质量的焊接，可以通过对2um激光器的光斑整形实现超细焊。此外，由于激光焊接的热量集中、热影响区小，因此可以获得清晰的焊缝和较小的热影响区。

③材料适应性广：2μm激光器适用于多种塑料材料的焊接，包括聚乙烯塑料(简称PE)，聚丙烯塑料(简称PP)，聚氯乙烯塑料(简称PVC)等。下图展示的是各种不同类型的塑料焊接可靠性矩阵表。

④易于实现自动焊及复杂焊：2um激光器可以通过编程和自动化控制系统来实现焊接过程的自动化，从而减少了人为因素对焊接质量的影响，提高了生产效率和产品质量。另外在一些非平面焊接，诸如连接件，弯曲件，管道接头，2um激光器可以大展身手，完美实现复杂焊接。

⑤环保和安全：相比传统焊接方式中使用的气体、焊丝或者粘合剂等材料，2um激光器不需要这些材料，仅需要增加一些添加剂，例如填料和颜料，来提高塑料的吸收激光能力，从而减少了环境污染和安全风险。

目前2μm激光塑料焊接技术因其高效、精确和环保的特性，在医疗、电子电器等多个领域都有广泛的应用，。

② 电子电器行业：在小型化、轻量化的精密塑料电子电器行业中，2μm激光塑料焊接技术也得到了广泛的应用。例如，它可以用于电脑塑料件、手机部件（如外壳、耳机座、USB接口等）、鼠标、连接器、开关等塑料部件的焊接。

③ 汽车行业：随着汽车行业的快速发展，特别是新能源汽车厂家的推动，汽车市场亟需高精密、高质量、高效率、高环保的汽车零部件加工工艺。2μm激光塑料焊接技术可以满足连接汽车的各种零部件的加工需求，如车灯、仪表盘、传感器、微电机、雷达、摄像头等。这种技术能够确保连接的高效率和高质量，同时满足汽车行业对无污染生产的需求。

④ 家电行业：在家电制造领域，2μm激光塑料焊接技术同样具有广泛的应用。例如，洗衣机、冰箱等家电产品的外壳、控制面板等部件都可以采用这种技术进行连接。这种技术不仅提高了生产效率，还确保了产品质量的稳定性和可靠性。

此外，随着技术的不断进步和市场的不断拓展，2μm激光塑料焊接技术还有可能在更多领域得到应用，如航空航天、玩具制造等。总之，2μm激光塑料焊接技术凭借其高精度、高效率、无污染等优点，正在成为越来越多行业选择的塑料连接技术。