一种新型的无接触绿色塑料连接方式：塑料激光焊接技术- 大数跨境

科学出版社

2023-10-14

塑料作为一种性能优异的可再生非金属材料，日益广泛地应用在汽车、航空、通信、电力、微机电系统、包装和医疗等领域的零件设计和制造上，塑料部件越来越多地取代了传统的金属部件。随着器件形状的复杂化和精密化，注塑与挤压等塑料成型技术受限，即一些大尺寸、结构复杂及不相容材料的零件无法一次成型，需要通过塑料连接才能实现。因此，塑料连接技术逐渐成为材料成型制造领域的研究热点。

塑料激光焊接技术是一种新型的无接触绿色塑料连接方式，最早出现在20 世纪70 年代，具有焊接速度快、热影响区小、连接强度高、焊缝变形小等优点，属于精密高质量的塑料连接方法，它弥补了传统焊接方法的不足。相比于传统的机械连接，激光焊接无须打孔，避免了对基体的破坏，同时避免了使用连接部件导致的零件增重。相比于胶接，激光焊接没有引入新物质，且无挥发物，更加安全。因此，塑料激光焊接技术在汽车零件、医疗器械、电子元件及包装容器等领域广泛应用。

▲ 塑料激光焊接技术应用领域广泛

激光透射焊接技术是让激光透过上层塑料件，被上层塑料件和下层塑料件(添加一定量的吸收剂)的接合面或者塑料件内部的塑料吸收并转化成热量，塑料在热集中区域熔化，热熔融状态下的塑料大分子在键合压力和热膨胀的作用下相互扩散和缠结，产生范德瓦耳斯力并形成强的键合。

▲ 焊接原理示意图

经过近几十年材料、加工工艺水平及激光技术的各方面协同发展，塑料激光焊接技术目前在欧美、日本等发达国家和地区广泛应用。我国在这一领域起步较晚，研究和应用与国外尚有较大差距。国内缺少专门介绍激光透射焊接机理、工艺参数及影响、数值模拟与仿真、吸收剂影响及焊接装备等方面的专业书籍。

《塑料激光焊接技术》（王传洋，乔海玉著. 北京：科学出版社，2023.9）在总结作者研究团队十五年来在塑料激光透射焊接领域的研究成果并借鉴国内外相关研究最新科研成果的基础上撰写而成，得到了国家自然科学基金项目(51475315、52075354)的支持，突出了新颖性、先进性和科学性的特点。

本书系统阐述了塑料激光焊接过程中涉及的原理、技术与装备，具体包括塑料激光焊接方法及原理、装备及系统，可焊接塑料性质、焊接工艺参数及被焊样品表面质量对焊接性能的影响，焊接过程模拟仿真及监控技术等内容，部分内容反映了作者研究团队的前沿研究工作。

全书共6 章，具体内容如下：

第 1 章主要对塑料激光焊接技术的应用领域、发展现状及趋势、分类和原理等内容进行介绍，使读者对塑料激光焊接技术有一个全面了解，为后续介绍焊接装备、焊接工艺及模拟仿真奠定基础。
第 2 章重点对激光透射焊接装备及系统进行详细介绍，主要涉及激光的物理特性、激光器种类、焊接装备及系统组成等方面。
第 3 章从应用领域、受热性质、凝聚态结构及透光性等方面介绍塑料的分类，并详细介绍可焊接材料及其物理性质，使读者建立对可焊接塑料的整体认识；根据材料性质重点分析其可焊性，并给出焊接案例。
第 4 章重点介绍激光功率、扫描速度、光束整形、夹紧力等工艺参数对焊接力学性能、宏观及微观形貌、残余应力的影响，并揭示影响机制；阐述响应曲面法在焊接工艺参数优化中的具体应用。
第 5 章分别从样品厚度和表面质量与激光的作用机理、温度场变化以及焊接质量表征等几个方面进行介绍，以便读者理解被焊样品本身性质对焊接质量的影响。
第6 章重点介绍焊接过程模拟仿真及监控技术，通过实例详细介绍焊接过程中温度场分布、热降解行为、热流耦合、热力耦合的相关研究成果，同时对现有红外热成像、高温计、光学相干层析成像、可见光成像、红外成像及光谱分析等监控技术进行阐述。