可焊性

    由于IR／激光焊接有多种焊接模式，所以不可能定义可焊接材料的普遍焊接性，只能针对每种特定模式进行定义。此外，因为IR／激光焊接在工业中才刚刚开始普及，材料可焊性的信息相当有限。因此，如果考虑采用IR／激光焊接某种材料，首先应作试验。
    以下是到目前为止成功采用IR／激光进行焊接的一些材料：
●PE
●PMMA
●EVOH[23]
●丙稀酸
●PS
●ABS
●PVC
●PE
●PP
●PK[1]
●弹性体
●PA[11]
●己缩酸
●TPFA[24]
    表6列出了IR／激光不同焊接模式下材料的一般可焊性，但需要注意的是，在采用IR／激光焊接前，应该测试材料与所采用焊接模式的匹配性。一般来说，焊接件中必须有一个部分能吸收红外线，除非使用相对较长波长(大于1500nm)，否则一般要在部件中添加如炭黑等能吸收红外线的添加剂。此外，如果采用TTIr模式，至少要有一个部分能透过红外线。一般来说，如果一种材料在可见光波长下透明，那么就能透过近红外波长。例如，PC和PS在可见光下几乎100％透明，同样它们在激光二极真空管和YAG激光器所产生的红外线下也几乎是透明的。另外，结晶性材料如PE和PP在近红外下也相对透明，虽然由于这些材料的光散射性，5mm厚度以上的部件很难透过足够的射线进行焊接。但采用相对较高的功率，也可以焊接较厚部件。

表6  1R／激光焊接与材料的一般配合性

(一)  添加剂和填料的影响
    为了提高TTIr模式下材料的可焊接性，可以调节结晶性材料的微观结构提高IR／激光射线的透过性。比如，如果PP中加入澄清剂，则焊接所需能量密度显著降低，在一定的功率下可以焊接较厚部件。也可以焊接比结晶性PA较厚的无定形PA部件。总之，只要能降低结晶度或减少晶体尺寸的因素均可提高材料对红外线的透射性。
    虽然添加澄清剂或降低材料的结晶度可以增加材料的透光性，但多数应用的没计要求不允许采用这些改进方法。例如，澄清剂可以降低材料的最终强度，降低材料结晶度的同时也明显降低了材料的耐溶剂性。如果设计允许调节材料性能，事实表明在未改性前，在TTIr模式下采用5W／cm的能量密度，即使焊接时间达到20s，也不能焊接厚度为7mm的PP。然而，加入澄清剂后部件可在5s内焊接好[21]。
    对许多应用来说，材料要加入玻璃纤维等填料以提高材料的最终强度，尽管从设计要求考虑，这些添加剂有好处，但这些添加剂会降低材料在TTIr模式下的透明性和可焊接性。图34为随着玻璃纤维含量的增加，在2s内焊接PA所需能量逐渐增大的曲线。

图34  不同玻璃纤维含量PA所需典型能量要求(样品厚3mm)

    结晶性材料由于内部的散射特性，其透光性随着厚度增加而降低。相反，PS和PC等无定型材料的透光性与厚度无关。从图35中可见，焊接PC和PS所需能量密度不像PA那样随样品厚度增加而增大，而是基本不变。

图35所选材料样品厚度与焊接所需典型能量之间的关系                 
+PS；×PC ； ○PA    

(二)  小粒子和着色剂的影响
    理解小粒子和着色剂与红外线的相互作用的截然不同非常重要。小粒子易溶解于塑料中，其颗粒尺寸与塑料分子大小接近。由于颗粒尺寸非常小，小粒子不引起红外线在材料内部的散射。相反，着色剂大部分为无机的，且一般不溶解于塑料，其颗粒尺寸取决于所使用的生产技术。因此，着色剂常作为很小的小镜子无规分布在塑料中，引起光在材料内部的散射。事实上，散射度可以高到根本无法加热塑料，也不可能进行TTIr焊接。
    除了结构特点以外，小粒子和着色剂和光之间的作用还与它们的颜色有关。例如，绿色是强烈吸收红光和透射或反射绿光的结果。因此，绿色材料一般IR透过性较低，一般而论可用IR射线有效加热，相反，红色材料可以很好地透过红光。
    虽然炭黑是一种可以提高塑料在红外吸收的有效添加剂，但其黑色可以吸收几乎全部电磁波。这样，加入炭黑部件为黑色，甚至根据炭黑添加量的多少表现出一些电性能。在某些焊接件中，两部分均为黑色很重要，为了可采用TTIr焊接这些焊接件，在其中一个部分中加入红外小粒子，使其虽然为黑色但可以透过红外光。
    如果某些焊接件的透明性很重要，可以添加一种特殊小粒子，使材料在可见光下相对透明，但可吸收近红外光。这种情况下，可以采用IR/激光焊接，甚至采用波长800～1500nm的红外光源焊接两部分均透明的焊件。这样，部件的颜色对使用IR/激光焊接就不是阻碍因素了[25]。