聚合物的独特特性（重量轻、耐腐蚀、生物相容性、电绝缘和热绝缘以及低成本）正在推动它们在医疗设备、汽车、消费类电子产品等领域日益广泛的应用。组装聚合物元件通常会涉及到部件焊接。对于要求严苛的应用，焊接工艺必须实现高机械精度、无部件变形、极少产生颗粒碎屑，以及提供出色的粘结强度。
激光焊接可以满足所有这些要求。特别是准同步 (QS) 穿透式激光焊接 (TTLW)，这一类型的激光焊接能在必须完全避免部件变形或涉及复杂焊缝几何形状的应用中提供出色的成效。
但将一致、高质量的 QS 焊接工艺投入生产仍需要完成几个步骤。首先，需要仔细监测工艺，通常包括闭环夹紧力控制和热成像。其次，需要适合该工艺的部件设计。
塌筋控制
用于精密应用的一种常见的 QS 焊接形式是“塌筋”法。这种技术可以产生具有良好外观的牢固焊接，同时避免了修剪或去除飞边等后处理工作。此外，即使部件不完全平坦或部件公差不是特别严格，这种方法也能产生良好的成效。
在塌筋工艺中，一个部件有一个伸出的薄脊，与另一个部件相应的（稍宽）凹槽相匹配。焊接部件时，将脊状部件置于支架上，并将凹槽部件置于其顶部。激光加热筋部使其部分熔化，同时夹具主动将两个部件压在一起。熔融材料流动并填充部件之间的一些间隙。再凝固的材料即可形成焊缝。
在生产中成功实施该流程的一个关键要素是“塌陷控制”。这意味着主动监控和控制焊接过程中顶部向下移动的量（称为“塌陷高度”）。
Coherent 高意开发了自己独特的塌筋控制方法，可始终如一地提供卓越的成效。为了实现这一点，我们的 ExactWeld 230 P 和 ExactWeld IP 聚合物焊接工具都包含了力感应传感器。它们可以连续测量夹具施加在顶部的压力。同样也会测量塌筋高度（顶部移动的距离）。这些信号用作控制驱动夹紧的伺服电机的反馈信号。
目前尚无其他制造商采用这一方法。有些制造商会使用伺服电机电流作为反馈信号，但这并不能提供相同的测量精度和动态控制程度。有些制造商只测量塌筋高度，而不测量夹紧力。也有些制造商会采用气动执行器进行夹紧；即使这些气动执行器确实测量了夹紧力，也无法提供精确控制夹紧所需的精度或响应速度。
测量真实的夹紧力使 用 Coherent 高意的焊接系统能够按需对其进行控制，从而根据要焊接部件的确切情况进行应对。它可以校正部件之间的尺寸变化、材料吸收特性的变化、周围环境的波动等等。这是获得一致结果的关键。该系统还提供了灵活性，因为它可以根据需要有目的地改变夹紧力。例如，有时最好在冷却阶段施加较小的压力来控制部件应力。
监测实际夹紧力和部件在工艺中的“塌筋”量是获得一致焊接的关键，即使部件之间存在差异也是如此。
整体结果是提高了产量、质量和一致性 – 因为它消除了由机器、环境或部件本身的变化引起的工艺变化。另一个好处是，焊接系统可以在一个地方进行配置，然后将其运送到另一个地方，并且仍能发挥同样的作用。此外，它还可以补偿机器之间的差异。这样就可以在一个系统上配置工艺，然后将其转移到其他系统上，而仍能获得一致的结果，并使工艺具有扩展性。
先进的热成像技术
成功进行聚合物焊接的另一个关键工具是使用红外摄像系统进行热成像。焊接完成后，热视检查会对整个焊缝进行成像。图像中沿途的任何中断都代表了焊缝中的间隙，线条粗细的变化代表了焊缝中的薄弱点。
这使制造商能够立即识别并拒绝不良部件。它为制造商节省了资金，因为它可以防止在不良部件上投入更多价值。当然，它也防止了将不良部件交付给客户。
制造设计
成功进行聚合物焊接的另一阶段发生在生产之前，即产品研发期间。重要的是，部件设计要在正确的位置留出足够的空间，以便夹具在焊接过程中接合并传递所需的下向力。此外，必须配置焊接工具，使夹具不会在任何一点阻挡激光束到达焊接路径。
脊和凹槽的尺寸和形状必须为焊接过程提供足够的熔融材料。它们还必须有足够的空间来容纳产生的熔融材料。此外，部件设计必须支持足够的塌筋高度。目标是实现具有良好外观的牢固焊接，同时无需修剪或去除飞边等后处理工作。
凭借在聚合物焊接方面的丰富经验，Coherent 高意实验室的应用工程师可以为部件和焊接工具的设计提供指导。此外，Coherent 高意还可以协助开发工艺配方。这很有价值，因为激光焊接通常还有相当大的“参数空间”必须去探索。以往的经验使我们的应用开发人员能够迅速找到优异的方法。
最后，Coherent 高意可以帮助安装设备、运行工艺并培训员工。利用 Coherent 高意提供的这种专长、设备和支持组合，可以为在生产中实现激光聚合物焊接的所有优势提供更好的方式。
