除了傳統(tǒng)的焊接方法，激光焊接塑料已被證實(shí)是一種可靠的材料焊接方法，并廣泛應(yīng)用在汽車、電子、醫(yī)療、保健、食品包裝和消費(fèi)電子產(chǎn)品市場。直接輸出半導(dǎo)體激光器由于具備靈活的功率可控性和非接觸式溫度測量功能，使其尤其成為此類應(yīng)用理想的工具。當(dāng)它們被用于焊接微小和敏感的塑料部件或在溫度敏感的環(huán)境下焊接細(xì)小部件時(shí)，這些優(yōu)點(diǎn)都將得以充分體現(xiàn)。

 

  　選擇性焊接

 

　　電子元件的選擇性焊接是一種使用填充材料（焊料）填充到連接間隙讓物質(zhì)表面連接起來的方法。選擇性焊接主要用于把電子元件連接到電路板或傳導(dǎo)路徑上這類生產(chǎn)工藝中。

 

　　對于一些電子應(yīng)用，例如在電子元件和PCB包括焊料在一個(gè)熱箱中同時(shí)被加熱，大量采用焊接加工是非常合適的。對于熱敏元件或在熱敏環(huán)境下的焊接（如塑料外殼），選擇性焊接的方法是非常理想的必選方案。傳統(tǒng)的選擇性焊接要求熱表面有機(jī)械接觸，但在空間有限、限制接觸或流入連接口熱量被控制的情況下，激光焊接發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢。激光焊接能將所有輸入能量精準(zhǔn)有效地轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。例如，小元件可獲得良好的焊接效果，同樣對于一些不可加熱的元件或熱敏焊接部件，效果非常顯著。案例見圖1。

 

　　光纖耦合直接輸出半導(dǎo)體激光器往往被用于選擇性激光焊接工藝。在光纖的輸出端，激光束會(huì)通過一個(gè)固定的聚光元件或掃描鏡。該光源常見的輸出芯徑是180μm。加工所需的焊接材料可由送絲系統(tǒng)提供或通過預(yù)先添加焊膏或鍍錫。

 

  高溫計(jì)加工控制

 

　　焊接過程主要分為三個(gè)階段：加熱、變形和潤濕。第一階段需要提高被焊接部件的溫度至焊材的要求。在第二階段，焊材流入被潤濕的部分，這個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間需要根據(jù)部件的大小、以及焊接連接處的大小與情況相應(yīng)地調(diào)整。焊接溫度必須保持不變。最后階段，熔化的焊材將被焊接的金屬部件表面件，過程中要求表面無雜質(zhì)和氧化物層。

 

　　溫度優(yōu)化與時(shí)間特征對于選擇性焊接能否取得最佳效果是至關(guān)重要的。例如，圖2顯示的適時(shí)溫度走勢，是由一個(gè)非接觸式溫度測量結(jié)合半導(dǎo)體激光系統(tǒng)得到的，這里面一個(gè)高溫計(jì)觀察路徑與聚焦激光束位于同軸。焊接口溫度與半導(dǎo)體系統(tǒng)的功率輸出形成閉環(huán)回路，這為加工提供了精確控制。需要注意的是高溫計(jì)測量，也可用于良好焊接口的自動(dòng)驗(yàn)證和排除不良接口。

 

  塑料焊接

 

　　激光焊接塑料是一種傳輸加工，這一過程中，被焊接的元件部分是重疊的。正如圖3所示，上面連接口傳輸?shù)募す廨椛浔幌旅婕磳⒈贿B接的部分吸收了，它被熔化了。熱量傳輸也熔化了上層材料，并在兩個(gè)部件之間產(chǎn)生了焊縫。采用這種方法，激光波長的傳輸屬性對于部件焊接的效果是非常重要的。

 

　　通常情況下，半導(dǎo)體激光器用于塑料焊接的輸出近紅外波長在800至1000 nm之間。大多數(shù)非染色的熱塑性塑料在此波長范圍有著良好傳輸效果。

 

　　一種吸收材料，如碳黑可以被添加到空隙和/或特殊的添加劑也可以摻入到塑料中。顏色的組合是可能的，對于普通光它是幾乎透明的，但對上述波長的激光它是可吸收或可達(dá)到強(qiáng)烈吸收。

 

  　使用激光加工的優(yōu)勢

 

　　激光焊接已經(jīng)與傳統(tǒng)的材料連接方法產(chǎn)生了競爭，而且相關(guān)的工藝優(yōu)勢在未來將越來越突出。特別是，控制能量輸入到連接區(qū)域的方法已被發(fā)現(xiàn)，這對于許多生產(chǎn)線是一個(gè)重要的優(yōu)勢。

 

　　質(zhì)量和加工控制

 

　　與其它連接方法一樣，激光焊接也出現(xiàn)了質(zhì)量控制的問題。怎樣才能在焊接過程中確保質(zhì)量和/或?qū)⒘淤|(zhì)部分從良好部分中分離出來？如何通過適當(dāng)?shù)募庸た刂茰p少廢棄部件的數(shù)量？一個(gè)質(zhì)量評(píng)估的方法，也被用來在超聲波焊接，就是用來測量一組焊接路徑的參數(shù)變化。這一路徑可由一個(gè)掃描振鏡得以實(shí)現(xiàn)，它驅(qū)動(dòng)激光束圍繞一個(gè)固定的封閉路徑，快速使用兩個(gè)內(nèi)部的反射鏡.

 

   激光束被迅速偏轉(zhuǎn)到一個(gè)可編程焊接輪廓，這輪廓幾乎同時(shí)被熔化。使用機(jī)械夾具按壓上部使之進(jìn)入熔化材料，可以測量到一個(gè)有限的塌陷。如果連接的兩部分是相容的和可焊接的，其中一部分可填平坍塌處，并產(chǎn)生質(zhì)量良好的焊縫。如果預(yù)定的時(shí)間距離曲線沒有得到滿足，那么焊縫質(zhì)量可能不夠充分，這一部件也可能最終被廢棄。

一種評(píng)估焊接質(zhì)量的替代方法是，通過使用遠(yuǎn)程高溫計(jì)測量焊接過程中的熔融材料。裝備高溫計(jì)的加工頭結(jié)合半導(dǎo)體激光器可快速控制焊接溫度和焊接缺陷的檢測。當(dāng)被焊接元件相關(guān)的光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出某些不均勻時(shí)，焊接過程中溫度控制的優(yōu)點(diǎn)（所謂的閉環(huán)過程）就非常明顯了。當(dāng)部件被玻璃纖維強(qiáng)化時(shí)這樣的不均勻性可能會(huì)出現(xiàn)。例如，有了自動(dòng)激光功率控制維持所需的溫度，這些不均勻都可以被補(bǔ)償。此外，盡管一個(gè)有缺陷的焊區(qū)不能通過測溫控制得到補(bǔ)償，但溫度信號(hào)的突然升高（其原因，例如，一個(gè)受污染的表面吸收更多的激光輻射，或兩個(gè)焊接部件缺乏或不存在機(jī)械接觸）可以表明這一點(diǎn)。同樣，高溫計(jì)可以測量所需的焊接溫度能否達(dá)到，例如激光功率不足。如果上部和下部的溫度超出了軟件定義的溫度，受影響的部件可能會(huì)被廢棄。每個(gè)焊縫允許的單獨(dú)的加工量是可映射和可追溯的。

 

　　總結(jié)

 

　　選擇性焊接

 

　　激光選擇性焊接在實(shí)踐中逐漸完善，它廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。對輸出功率良好的可控性使半導(dǎo)體激光成為這一技術(shù)的理想工具。結(jié)合高溫計(jì)，溫度控制焊接帶來了高加工穩(wěn)定性和穩(wěn)定的高質(zhì)量。因此，焊接內(nèi)部溫度敏感的外殼（例如塑料外殼）和對溫度敏感的設(shè)備如LED元件的可靠焊接，都是可能實(shí)現(xiàn)的。

 

　　塑料焊接

 

　　激光焊接塑料是一個(gè)既定的加工，越來越多地應(yīng)用于不同的市場，并取代傳統(tǒng)的焊接方法。在醫(yī)療裝置制造中，例如，清潔加工是強(qiáng)制要求的。因此，激光焊接特別適用于這一市場。在汽車供應(yīng)行業(yè)，部件配備了敏感電子元件或?qū)Ш脚c容器液體，在這里激光焊接成了必選的方法。與加工控制相結(jié)合，半導(dǎo)體激光器未來將應(yīng)用于更多不同的領(lǐng)域。