用红外与激光焊接塑料材料已经发展了多年,但是直到最近,随着激光和激光二极管价格的降低以及对焊接件质量的更高要求,这种焊接技术才得以普及。此外,20世纪90年代在材料性能、夹具设计、光学等方面的研究都有了重大进展,这对该技术有很大的推动作用。
仅仅将红外/激光焊接描述为一种焊接技术是不很恰当的。红外焊接/连接主要有以下几种模式。
(1)通过透射红外焊接(TTIr) 这项技术是利用其中一部分待焊件可透过红外线/激光,而另一部分待焊件可吸收射线进行焊接,非常适合采用这项技术的是汽车尾灯的焊接。外层透镜可透过波长为800~1000nm的红外线.而通常用小粒子或着色剂填充的灯罩可吸收红外线。通过透射红外焊接(TTIr)通常有三种方式:投入(插入);扫描;遮掩扫描。
(2)表面加热 这种方法与热工具或热板焊接技术十分相似。红外线或激光直接照射待焊件表面一定时间,使焊件表面产生一层熔融层。时间一般为2~10s。表面充分熔融后,撤掉激光/红外线设备,两个部件开始熔合,固化。
(3)红外/激光铆接 该方法是用红外或激光使热塑性塑料销钉软化变形为按钮状,获得类似铆钉的机械连接件。这一般采用可使红外/激光射线直接作用在销钉上的专门设计夹具完成。销钉在红外/激光辐射下软化,进入容纳熔融塑料的一个空腔,形成理想的按钮形状。这种情况下,空腔上表面必须用透明材料制成,比如玻璃,以使红外线能直接作用到销钉上。有些情况下,夹具上表面不可能使用透明材料,例如对夹具有磨损的玻璃纤维填充的焊接件。在这些情况下,销钉用红外线辐射加热后,可用一个单独的夹具移到所需位置来容纳熔体并使其变形。
红外辐射源很多,其中包括激光器、石英灯和陶瓷发热器。各种放射源都放射特有射线,这常常是选择放射源的决定因素。例如对于TTIr焊接激光源,经常使用激光二极管和钇铝石榴石(YAG)激光器,这是由于它们产生单色光(窄频宽),还能很好地聚焦。
使用红外/激光焊接有许多优势,其中包括:
●循环周期短,一般是2~10s
●焊件上没有夹具造成的划痕
●没有微粒产生
●溢料平滑而且全部粘接在焊件上(没有流出部分)
●残余应力相对较低
●热影响区较好界定
红外/激光焊接的局限性包括:
●设备投资相对较高
●对于有些材料不适用,例如高填充结晶材料
●对于一些几何形状的焊件不适用,例如对于红外/激光照射不到的有内壁焊件