IR/激光焊接的优势包括:
●焊接速度快(3~10s/焊接周期)
●焊件的残余应力相对较低
●不会产生划痕
●不会有造成损坏的振动和移动
●采用连续照射模式可焊接有较大坍塌的焊接件
●容易实现自动化
若选用红外/激光焊接连接部件,与其他焊接方法相比,如超声波焊接和热工具焊接,通常以上某一种优点可以平衡一下设备的花费。
考虑采用红外/激光焊接的最初应用是汽车工业的仪表盘组件、车头灯和标志灯等部件。因为这些部件的连接要求密封,而且不能产生划痕和颗粒。由于这些部件一般包括一个光学透明部分(透镜)和一个相对不透明部分(外壳),因此非常适合采用红外/激光焊接,见图28。采用红外/激光焊接这些部件唯一要考虑的是确保外壳经过镀铝处理后(为了反射性),铝层不会在焊接过程中涂在焊接面上,阻止适当加热。

图28 采用红外/激光TTIr模式焊接的典型尾灯(Counesy BransOn UltrasOnics Corp.)
考虑采用红外/激光焊接车头灯和标志灯的主要原因之一是可以减少残余应力[21]。焊接过程中产生的残余应力,有时甚至在模压成型时就产生的残余应力在部件与汽油和清洁剂等溶剂接触时,可能导致应力开裂。这些裂缝有可能造成部件有漏缝,甚至使两个已经焊接在一起的组件完全分开。采用IR焊接引起的残余应力大概是采用超声波焊接所引起残余应力的50%,这与工艺参数有关,见图29。图中仅仅是这两种焊接方法一般所产生残余应力比较的示意图,具体焊接件和材料中残余应力的定量比较需要试验确定。
图29.IR焊接和超声波焊接(UW)产生的残余应力比较(Courtesy Branson Ultrasonics Corp.)
IR/激光焊接是一种预装配焊接方法,也就是说,装入设备中的焊接件在焊接前后的位置相同。预装配位置是IR/激光焊接的又一个优点,因为对于许多焊接件来说,不用复杂的夹具而能使准焊接件在焊接过程中固定在合适位置非常重要。
IR/激光焊接的其他优点包括焊接速度和可适应性。该方法一般焊接周期为3—5s,而热板焊接的焊接周期一般为10~30s。采用IR/激光焊接甚至可以焊接含无支撑内壁的复杂形状焊件。这些形状的焊件采用焊接周期同样相对较短(一般为10s以下)的振动焊接方法很难焊接。
IR/激光焊接最重要的优点之一可能是焊接质量。由于该方法是非介入式焊接,所以焊件的外观一般很好。这是由于部件之间不存在相对运动,没有振动或较大的加热面,仅焊接区被加热和改性/熔融。简而言之,可以抑制“部件划痕”和“溢料”。另外,可以精确控制焊接过程中的功率耗散,因为可以通过改变IR/激光发射源的功率很容易地控制整个过程,也就是可以控制熔融和焊接过程。最终使焊件中不存在溢料和颗粒物。
研究范例1:CO检波滤光器
该部件的外壳上贴有一薄层滤光介质,若采用其他焊接方法,如超声波焊接时,这种滤光介质往往会遭到破坏,但是,采用IR/激光方法进行焊接不会破坏滤光介质,也不产生任何微粒,见图30。

图30为防止部件损坏采用IR/激光焊接的CO检波滤光器 图31 IR/激光焊接在薄膜焊接中的应用
(a)焊接前(b)焊接后
(Courtesy Quantum roup lnc.)
研究范例2:薄膜和纤维方面的应用
图31照片所展示的为一个医学上的应用。在这种IV袋中,血液与焊接处接触,因此避免有颗粒产生对于病人的安全至关重要。激光焊接可以在不产生任何颗粒的情况焊接复杂形状的部件。另外,在设备设置合适的情况下,该焊接方法也不产生任何焊接边。与血液接触的部件中,焊接边有可能引起血液的紊流,导致血小板破坏。
研究范例3:高速裁切焊封膜(300m/rain)
高速裁切焊封膜(300m/min)采用CO2激光器焊接。裁切焊封后的边缘通常经过了灼烧[22],几乎没有或有很少的毛边(图32)。

图32 高速裁切焊封材料断面 图33 用TTIr焊接的刹车液贮槽
研究范例4:汽车用刹车液贮槽
刹车液贮槽是汽车工业中另外一种不允许任何颗粒产生的典型应用。采用防抱死刹车系统后,刹车液流经的管路和阀门的尺寸都比原来的刹车系统小得多,因此任何微小颗粒的产生都可能造成流道堵塞。图33为该贮槽的照片。要注意的是,为了描述清楚,照片中盖子为白色的,但另一种结构是两部分均为黑色,即使是采用TTIr模式焊接。这里贮槽盖中加入了一种特殊小粒子,它可以透过红外线,但在可见光下呈黑色。
以下一些特点限制了IR/激光焊接的应用:
●材料的相容性
●用TTIr焊接结晶性材料时部件的厚度
●部件的光学性必须使整个焊接面都能被照射到(即无阴影区)
●以其他可选用焊接方法相比成本较高
以上几点应综合考虑。