塑料激光焊接：新能源汽车的“无缝”密友

　　文/冯大勇

　　在今天这个时代，如果塑料和激光两大元素碰撞在一起，会发生什么化学反应？答案是：一场高科技的焊接革命。特别是新能源汽车行业的快速发展，不仅带动了电池、电机、电控等核心技术的革新，也催生了各种先进的制造工艺，塑料激光焊接技术可谓是新能源汽车江湖里一位新晋的“大侠”，凭借着自身独特的“内力”和“招式”，在众多焊接技术中脱颖而出，成为新能源汽车行业的“无缝”密友。它颠覆着我们对于传统焊接的认知，让汽车变得更轻盈、更环保，展示着独特的魅力。

　　下面，就让我们一起走进塑料激光焊接技术这位“大侠”的世界，揭开其神秘面纱，看看它是如何为新能源汽车产业插上隐形翅膀的。

　　基本功深厚

　　想象一下，一束神奇的激光束，就像一个超级精准的“焊接小精灵”，能够将塑料部件巧妙地连接在一起。这就是塑料激光焊接技术的魔力所在！

　　激光焊接的基本原理是：高能量密度的激光束穿透至上下叠加材料的焊接面，借助激光束的“内力”，对材料进行微小区域内局部加热，将材料快速熔融焊接，两层材料便如胶似漆地结合在一起，接头无痕且坚固，仿佛天生一对（图1）。激光的聚焦性和可控性，使其能够在焊接过程中实现高精度、高速度和高质量的效果。此外，激光焊接自动化程度高，能够提高生产效率和降低人工成本（图2）。

　　内外兼修

　　传统的塑料焊接方法有超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热板焊接、热气焊接和植入焊接。与之相比，塑料激光焊接技术的特点与优势还真是不少！

　　首先，它采用非接触式焊接，无需加工工具，大大降低了成本。

　　其次，激光焊接速度超快，眨眼间就能完成焊接，简直就是效率小能手，特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。激光束可被精确控制，实现超高精度焊接，能确保焊接的质量和美观度皆是杠杠的。因为焊接质量好，所以生产出来的产品可靠性高，不用担心因震动而导致产品松动甚至裂开。

　　再者，激光焊接还特别“温柔”，对周围的材料几乎没有热影响，就像一个贴心的小天使，不会伤害到其他无辜的部分。由于焊接过程中无需使用焊接剂，不产生环境污染，因此非常符合环保要求。

　　此外，激光焊接还灵活适用于多种塑料材料与多种结构，包括高强度、高硬度、高熔点等难焊接材料，还有那些复杂轮廓和薄壁结构的产品，更是它的拿手好戏，都能轻松搞定。

　　新能源汽车行业的“得力助手”

　　激光焊接作为当下一种高质量、高精度的焊接工艺，它在汽车制造中的应用已经非常成熟。随着该技术的不断进步，也将不断推动汽车制造的快速发展，尤其是新能源汽车领域（图3）。

　　现在的新能源汽车动辄几十项智能配置，如隐形车门把手、全速自适应巡航、无钥匙进入、360 度全景影像、主动进气格栅、车道偏离辅助、尾门脚踢开关、毫米波雷达、发光LOGO、电池包等。据统计，一辆满配的新能源汽车上，最多可以有80 个左右的零件使用塑料激光焊接工艺，它已然成为汽车工业里一种极其普遍的加工工艺，在细微之处默默发挥至关重要的作用。它对于汽车轻量化、降低成本，特别是塑料零部件制造的转型升级来说，具有重要的战略意义。

　　新能源汽车行业对轻量化、高强度、节能环保等要求越来越高，在这个快速发展的舞台上，塑料激光焊接技术可谓是如鱼得水，正好满足了这些需求。比如说，汽车的内饰部分，那些精致的塑料组件很多都是靠它来连接的。还有新能源汽车的心脏——电池包，这个至关重要部件的密封件焊接中，激光焊接技术能确保万无一“湿”，有效防止水分和杂质入侵，延长电池寿命，就像给电池穿上了一件密不透风的隐形防护服。再看看那些车灯，也是它的杰作，让车灯既美观又牢固，比如，激光焊接能在不破坏透明度的情况下完成汽车尾灯的焊接，保证了那双“眼睛”的明亮与清澈。在追求轻量化的今天，激光焊接技术让塑料部件在汽车中的应用更加广泛，从仪表盘到车门板，从座椅骨架到充电桩外壳，使汽车减负不少。比起传统的金属焊接，它能让汽车更轻快地飞驰，油耗更低，环保属性直线上升，仿佛是汽车界的减肥教练。别看激光焊接过程静悄悄，其实它快得像闪电，大大提高了生产效率，降低了能耗，让汽车生产不再“拖泥带水”，完美体现“速度与激情”。

　　新能源车热管理系统的应用案例

　　接下来，本文列举一些激光焊接解决方案在新能源汽车热管理系统塑料部件的成功应用案例，看一看究竟激光焊接如何助力新能源汽车的加工工艺升级。作为新能源汽车不可缺的重要部分，汽车热管理系统体量庞大，涉及零部件众多，简而言之，新能源车热管理= 电池热管理+ 汽车空调系统+ 电机/ 电控冷却系统。这三大部分不仅需要为乘员舱提供舒适的温度，还需要为整车的动力电池仓及电子控制系统提供热管理，以避免发生极端气温下的性能或安全问题，其涉及整车的舒适性、安全性和续航能力，属于新能源汽车的关键子系统技术。同时，由于新能源汽车动力电池对工作环境温度有严格要求，热管理系统对动力电池的性能、安全性、寿命及使用成本等方面有着至关重要的影响，新能源汽车热管理系统的性能优劣将直接影响汽车的整体性能。

　　电池热管理是新能源汽车热管理的核心，新能源车电池的最适宜工作温度在10-30℃之间，而液冷方式在维持电池均温性方面表现优秀。保障电池包内各个电池及电池模块间的温度均匀性对电池性能至关重要。液冷系统较风冷系统结构复杂，因此成本较高，为0.8-1 亿元/GWh，关键零部件包括电子膨胀阀、冷却板、电池冷却器、电子水泵、水阀、加热器等。对于这些高密封性要求的塑料部件，激光塑料焊接技术无疑是汽车零部件供应商最好的选择，实现高效生产，交付高品质焊接零部件。

　　德国LPKF（乐普科）公司为Vitesco、Continental（大陆）、天雁等零部件厂商的热管理系统核心组成部件提供先进的激光塑料焊接解决方案。最新推出高灵活性集成型激光塑料焊接模块化系统InlineWeld 6000（图4），包含了一套配备了光学器件、振镜和场镜的焊接头，以及配备了激光器和控制单元的外部机柜。此外，配备的柔性转接板，可以使焊接头轻松安装到特定生产线接口上。由于光学器件和场镜种类繁多，系统还可以实现不同的加工范围和光斑大小。InlineWeld 6000 还可以配备不同的风冷激光器，系统可实现节能和环保。还有一种选择，风冷激光器也可以安装在单独的机柜中。

　　电子水泵、通水阀、电磁阀、电子膨胀阀、电子水阀、多通阀、管路等汽车热管理系统的主要部件，在新能源汽车领域的应用愈发广泛。这些核心部件均涉及复杂精密的结构设计及材料应用，焊接难度较大，如何同时兼具可靠性、稳定性、可重复性及可追溯性，是当下制造商们焊接与装配汽车热管理系统亟需克服的挑战。汽车的热管理系统中，电子水泵作为其关键部件，承载着重要的冷却循环作用，而这也为电子水泵的质量提供了极高的要求。由于传统的胶水固定或是螺钉固定，超声波焊接等，存在一定的耗材需求，以及焊接时有碎屑，焊接质量不稳定等情况，并需要人工耗费大量的时间和精力来进行手动装夹，整体的焊接以及装夹工作会变得相当繁琐，无论从产品的质量一致性或者是加工效率上，传统工艺已经无法满足现今的技术要求。所以如今电子水泵的加工企业，越来越多开始转向激光焊接应用，开始尝试应用于端盖等部件的焊接工艺上。

　　准同步塑料焊接也叫高速激光塑料焊接，是激光扫描焊接方法之一。在准同步焊接中，一束激光投射到待焊接工件，然后激光束沿着待焊接区域的轮廓做高速扫描，每秒钟可以扫描数次，从而可以保证待焊接区域被有效加热，同时在焊接过程中对工件施加一定的压力，塑料熔融体凝固后就完成了焊接。准同步焊接中对于激光扫描速度、扫描圈数和激光强度的选择非常重要，这环节决定最终的焊接强度和焊接质量。准同步焊接的优点包括了轮廓可调、高效率高柔性、焊接塌陷可检测且可控制、焊接塌陷可以弥补塑料件的变形等。正是准同步焊接的众多优点，莱丹（Leister）公司推出的准同步焊接成为电子水泵部件的优先焊接工艺。

　　在焊接领域深耕多年的必能信（Brason）公司致力以激光焊接、超声波焊接等一系列成熟领先的焊接解决方案和焊接设备，助力汽车热管理系统的装配制造，帮助制造商顺利攻克了水泵类部件的PPS+30GF 材料焊接难题，满足阀门类及管路类部件复杂的设计需求，突破各种焊接装配挑战，制胜广阔的蓝海市场。必能信3i/3g 激光焊接平台（图5）采用模块化激光焊接系统，性能优异、操作灵活且集成过程简便，适用于要求焊缝无颗粒且美观清洁的小型部件。采用必能信专利的STTlr® 同步激光焊接技术，可同时焊接整条焊缝。高精度控制，实现清洁、美观的焊接效果。焊接周期短，可实现大规模快速生产一致、重复性产品。便于集成自动化，实现高效焊接兼容材料范围广阔，适合诸多3D 轮廓、精密部件和嵌入式电子部件应用。

　　塑料激光焊接技术在新能源汽车领域的应用，就像是一场高科技的浪漫邂逅，它不仅让汽车变得更聪明、更绿色，也让我们的生活更加精彩纷呈。

　　绿光下的广阔天地

　　不过，就像每个超级英雄都有自己的小烦恼一样，塑料激光焊接技术在新能源汽车行业的应用也面临着一些挑战。比如说成本问题，这束神奇的激光可不便宜！对于透明塑料的焊接，目前还存在一定的技术难度，技术要求也高，需要专业的人员来操作。

　　但是，不能只看到困难！展望未来，随着全球对新能源汽车的追捧和环保法规的日益严格，塑料激光焊接技术的市场前景犹如一匹奔腾的骏马，充满了无限可能。它不仅是汽车轻量化和环保化道路上的有力推手，也将成为推动整个制造业升级转型的重要力量。想象一下，未来的汽车可能不仅仅是出行工具，更是高科技和环保理念的完美融合，而这一切，塑料激光焊接技术将是那不可或缺的一环。

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