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光盘印刷    本溪    
2023年11月04日

红外线焊接新方法

Kubota Research Associates (KRA, 一家美国研究和开发企业)开发了一种用于敏感塑料零件红外线穿透(TTIR)焊接的先进方法。这家新兴的公司的P波 TTIR设备能够产生多色(多波长)红外线能量,而不是激光焊接所使用的那种单色(单波长)红外线能量。

KRA公司总裁Masnori Kubota先生宣称,P波提供了一个焊接透明、半透明和彩色零件和薄膜的新方法,它所能焊接的从原理上讲它不只和查询词有关工程塑料的范围空前宽广。和激光焊接一样,P波把红外线能量聚焦在经常使用来比较和鉴别渗碳和表面淬火等化学热处理及表面热处理机件的质量和性能红外线透明性和红外线吸收性部分之间的区域,促使界面部分熔化。这种熔化再加上施加的压力,就把零件粘结在一起了。但是,Kubota说,P波是一种比红外线激光焊接更精确、更宽容和成本更低的焊接方法。

KRA公司认为,在焊接电子、汽车和医疗部件、燃料电池和生物液体袋子所使用的薄膜以及某些复合材料零件方面,他们的技术胜过红外线激光焊接。零件的表面缺陷(烧蚀)大为减少。据说,将KRA的技术与相应的波长换能器配合使用,可以对红外线能量进行如此精确的引导,以致像含氟聚合物和聚醚醚酮(PEEK)这样的耐高温聚合物都第一次对TTIR焊接变得顺从了。

P波的工作原理

KRA公司首席技术官John Long说,所提供P波设备的功率为300和500W。系统包括一个红外线灯(卤素、氙或者金属卤化物)以及受专利保护的光学聚焦装置和KRA公司专有的波长换能器。设备产生一个直径大约为5mm的非常规整的焊点,机器手光栅扫描器可以用来扩大焊接面积。

KR高温球阀A公司的红外线灯和光学装置产生一个经过滤光的带宽的、锥形的光束,此光束把红外线能量精确地、深深地照射在焊接界面区域,使局部的精密焊接成为可能。受专利保护的光学部件把红外线光束聚焦到如此程度,以致它可以比激光能量更深地射入塑料零件内部,同时又减少了对零件表面的损伤。

Long先生说,在绝大多数情况下,P波焊接配合波长换能器使用是最为有效的。换能器是一个用红外线吸收性材料做成的塑料薄膜、条带或者模切装置,它被放在所焊接的零件的上面或者上面。

换能器像一个镜头一样把红外线光束能量聚焦到焊接界面上,将能量流密度提高了300%,从而加速焊接区域的熔化速率。换能器可以按照焊接接头的形状来进行设计,这将有利于2D或者3D接头的焊接。这种设备可以焊接薄膜、薄片、布、片材、管材和成型零件。

波长换能器可以把天然的(红外线透明的)材料焊接成袋子和容器,例如聚乙烯血液和生物液体袋子。这些柔性容器可以取代目前使用的PVC袋子,从而避免在焚烧这些乙烯基袋子时产生有毒气体的危险。P波装置还可以焊接无纺布袋子和用DuPont公司Tyvek薄膜做的医用包布。另一个用途是在生物学和环境采样规程中使用的含氟聚合物袋子。

KRA波长换能器可以大大提高红外线的吸收率,以便比其他方法能够焊接更广泛的材料。除了聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和其它聚烯烃以外,可以焊接的材料还包括大多数含氟聚合物和聚醚醚酮(P电机转子EEK)、聚醚-酰亚胺(PEI,即GE公司的Ultem牌号)、聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯、聚碳酸脂、尼龙、缩醇树脂、聚氯乙烯、TPO和其他TPE类聚合物。

Kubota先生说,目前使用黏合剂粘结法的几现代配件种用途看起来似乎可以改用这种方法。他举出的例子是用聚酰亚胺薄膜粘结的印刷电路板、用含氟聚合物粘结的燃料电池以及用聚醚醚酮和聚醚-酰亚胺作为黏合剂的石墨或炭纤维复合材料。而且,与现有的方法不同,KRA公司换能器是可以重复使用的,在焊接过程中并不被消耗掉,也不会进入到零件里面去。红外线激光焊接采用更为昂贵的方法,两个被焊接零件中的一个需要含有红外线吸收性添加剂或者涂层。

据KRA公司报告,它的一套300W系统已经为美国一家医疗器械生产商所使用,但该公司拒绝予以认同。该装置用来进行聚丙烯、聚乙烯、ABS和聚碳酸脂医疗器械的焊接,因为焊接之后不会产生残留物。KRA公司说,P波设备没有红外线激光或者超声波系统那样贵。基本的P波设备硬件的价格大约为20,000美元,比红外线激光设备便宜一半至三分之一。

据说,设备维费用也很低。红外线光头的重量不到4磅,可以很容易地安装在自动生产线上使用。KRA系统也不需要用屏蔽装置来保护操作人员。含有各种颜色的红外线透明零件都可以焊接成功。

解决3R(回收再用、再充装、维修)问题

P波系统还可借助于专有铆接在一起,同时,以后还可以把零件拆开。或者,紧固件可以是红外线透明的,把紧固件焊接在能吸收红外线的基材上。

KRA公司把它的紧固件描绘成黏合剂、机械紧固件(螺丝和螺栓)和热打桩法的的替代品。Kubota说,它们具有很高的连接强度,与黏合剂或者机械紧固相比较,连接点的数量可以减少50%。当需要拆卸时,这种紧固件可以很快就被拆开。

一种新开发的用途是用于由两件拼合的车辆门板,据报道,这种可拆卸的紧固件可以增加门的刚度,减少门重量和零件数量,使这种门更容易维修。KRA公司正在研究把它的紧固系统用于打印机彩色墨盒的可拆卸盖子的焊接和封口。盖子是坚固、防漏和耐用的;但是,当墨盒用完之后,又可以毫无损坏地把它拆开。

显微激光焊和显微TIG焊之比较

比较激光焊工具修复和显微TIG焊工具修复,必须考虑二者的优缺点。每种方法都有显著的特征,适合于特定的修复应用。

显微激光焊

显微激光焊在焊缝质量上有明显的优势。激光在焊接过程中的热输入很低,因此焊接点周围的热影响区(HAZ)也最小。当修复纹理面或者抛光面时,这一点很有利,而即:抽取润滑剂试样的泵;使磨损微粒磁化沉积的强磁铁;构成铁谱的透明底片且最后形成的焊缝周围无凹陷,再机加工后几乎看不出焊缝。此外激光束可以进入孔穴的深处,只要这个区域允许至少大约15°的焊束。

显微激光焊在焊接过程上也有明显的缺点。激光头是固定的,激光头与显微镜一起使用以看电路维修清被焊接的区域。这表明比起TIG焊炬,激光焊必须控制工件。这不仅具有挑战性,而且由于每个被焊接工件都需要固定而使投资不菲。正因为如此,激光焊比显微TIG焊的焊接过程慢得多,也因此昂贵得多。结果激光焊机夹具同激光器(通常为3~10万美元以上)及其维修费用一样昂贵。

显微TIG焊

由于显微TIG焊是一项经过证实的技术,因此是合理的、经济实用的修复工具的方法。典型的显微TIG焊通过显微焊机控制的焊炬进行焊接,应用几乎不受限制。TIG焊比激光焊对任何尺寸的焊道熔敷的速度都快得多。凹陷可以被轻易地控制在几十分之一英寸以内,焊接设备及其维修的费用仅是激光焊的零头。总的来说,只要使用的是价格合理的显微焊机,用显微TIG焊修复工具的成本较低。

显微TIG焊的缺点主要是因为它对热输入的要求比激光焊高得多。被焊接的工件必须被预热到特定的温度(根据钢材的种类不同而不同),造成后加热过程和清理过程较长。不仅如此,焊接时所需的热量也很可能使工件变形,尤其是形状细微、薄壁以及长而圆的工件。显微TIG焊比激光焊的热影响区大,严重限制了模具商掩饰抛光面或者纹理面的焊缝的能力。

显微激光焊和显微TIG焊都有明显的优点和缺点。在当前的技术水平下,显微激光焊取代显微TIG焊是不可行从统计数字来看的,而显微TIG焊产生的焊缝也无法与激光焊的低热输入相媲美。两种方法各有千秋,应当都是所有装备精良的显微焊接工厂的应用选择。

在显微焊接领域,有关显微激光焊的兴起是否会取代显微TIG焊而成为修复工具的最佳方法的讨论持续不断。一方面,激光器生产厂商说激光焊将取代显微TIG焊,因激光焊机的焊接效果卓越。另一方面,如果询问一下大多数著名的TIG焊接工厂,他们会说激光焊只占他们目前工作量的很少一部分(1%~5%),因此不值得在激光器上投资。孰是孰非?(end)


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