不同的熱塑性材料（圖片來自于網絡）

工業聚合物通常分為兩種主要類型：熱塑性材料和熱固性材料。熱塑性材料的用途更為廣泛，而且它們無需經過明顯的永久性化學變化就可以被加熱或冷卻，這意味著它們可以被注塑并可以通過簡單的加熱技術連接在一起。許多注塑部件用于含有添加劑或者短切玻璃增強纖維的發動機罩下汽車應用，但注塑限制了增強材料的用量進而限制了強度。

傳統的激光透射焊接應用于這些短纖維增強材料時，相對與諸如因高頻超聲振動，可能使增強纖維損壞的超聲焊接等工藝而言具有一定的優勢，具體可參考《使用光纖激光器進行聚合物透射焊接》。 

使用IPG光纖激光器焊接的塑料元件

眾所周知的增強型長纖維熱固性復合材料已經使用了很多年。由于高分子化學的進步，長纖維增強型熱塑性聚合物復合材料如今也被航空航天業和其他行業用于半結構性應用。其中使用最多的基質材料為聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫（PPS）和聚醚酰亞胺（PEI）。這些高級工程塑料都很難加工和連接。

玻璃和碳纖維是用于增強高分子復合材料的兩種主要的連續纖維。由于激光透射焊接工藝需要穿透頂層材料將熱量傳輸到接觸面產生熔化、浸潤和連接，頂層的玻璃纖維增強和下面的吸收層碳纖維成為了更好的選擇。在激光透射焊接工藝使用的是波長為1070 nm的標準的近紅外光纖激光器。

 
圖1 焊接實驗工裝

圖2 表皮焊接在加強板上，3道焊縫

焊接實驗證明了該工藝的可行性。圖1展示的是該實驗使用的工裝和光路傳輸系統，圖2展示的是典型的用5 mm光纖激光束焊接的3道焊縫，圖3表示的是無氣孔焊縫的橫截面，圖4表示的是在不同的復合材料組合的情況下，成功地將不同的玻璃增強材料與AS4 CF增強基材焊接的機械強度測試結果。

圖3 玻璃纖維和玻璃纖維復合物焊接的無氣孔焊縫區域

圖4 焊縫平拉與剪切強度

總結

焊接實驗說明了高質量、高強度的激光焊接應用于包括玻璃和碳纖維增強體在內的許多熱塑性復合材料的可行性。