不同的热塑性材料（图片来自于网络）

工业聚合物通常分为两种主要类型：热塑性材料和热固性材料。热塑性材料的用途更为广泛，而且它们无需经过明显的永久性化学变化就可以被加热或冷却，这意味着它们可以被注塑并可以通过简单的加热技术连接在一起。许多注塑部件用于含有添加剂或者短切玻璃增强纤维的发动机罩下汽车应用，但注塑限制了增强材料的用量进而限制了强度。

传统的激光透射焊接应用于这些短纤维增强材料时，相对与诸如因高频超声振动，可能使增强纤维损坏的超声焊接等工艺而言具有一定的优势，具体可参考《使用光纤激光器进行聚合物透射焊接》。 

使用IPG光纤激光器焊接的塑料元件

众所周知的增强型长纤维热固性复合材料已经使用了很多年。由于高分子化学的进步，长纤维增强型热塑性聚合物复合材料如今也被航空航天业和其他行业用于半结构性应用。其中使用最多的基质材料为聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫（PPS）和聚醚酰亚胺（PEI）。这些高级工程塑料都很难加工和连接。

玻璃和碳纤维是用于增强高分子复合材料的两种主要的连续纤维。由于激光透射焊接工艺需要穿透顶层材料将热量传输到接触面产生熔化、浸润和连接，顶层的玻璃纤维增强和下面的吸收层碳纤维成为了更好的选择。在激光透射焊接工艺使用的是波长为1070 nm的标准的近红外光纤激光器。

 
图1 焊接实验工装

图2 表皮焊接在加强板上，3道焊缝

焊接实验证明了该工艺的可行性。图1展示的是该实验使用的工装和光路传输系统，图2展示的是典型的用5 mm光纤激光束焊接的3道焊缝，图3表示的是无气孔焊缝的横截面，图4表示的是在不同的复合材料组合的情况下，成功地将不同的玻璃增强材料与AS4 CF增强基材焊接的机械强度测试结果。

图3 玻璃纤维和玻璃纤维复合物焊接的无气孔焊缝区域

图4 焊缝平拉与剪切强度

总结

焊接实验说明了高质量、高强度的激光焊接应用于包括玻璃和碳纤维增强体在内的许多热塑性复合材料的可行性。