ИК сварка - IR welding

ИК сварка это сварка техника, которая использует метод бесконтактного нагрева для плавления и плавления термопласт части вместе, используя энергию от инфракрасный радиация.[1] Этот процесс был впервые разработан в конце 1900-х годов, но из-за высоких капитальных затрат на ИК-оборудование этот процесс не применялся в промышленности до тех пор, пока в 1990-х годах цены не упали.[1][2] ИК-сварка обычно использует ряд длины волн от 800 до 11000 нм на электромагнитный спектр для нагрева, плавления и плавления границы раздела между двумя пластиковыми деталями за счет поглощения и преобразования инфракрасной энергии в тепло.[1] Лазерная сварка представляет собой аналогичный процесс соединения, в котором применяется ИК-излучение на одной длине волны.[1]

Существует множество различных методов сварки, в которых используется инфракрасный нагрев, причем тремя основными режимами являются нагрев поверхности, проходящая инфракрасная сварка (TTIr) и инфракрасная разметка.[1] К этим методам применялись различные конфигурации нагрева, такие как сканирование, непрерывное освещение и сварка маски.[1] Такие преимущества, как более быстрый и контролируемый бесконтактный нагрев, применимый для широкого диапазона простых или сложных геометрических деталей, отличает инфракрасную сварку от других форм пластиковая сварка.[1][3] Детекторы CO, мешки для капельницы и тормозные линии передачи - это лишь некоторые из множества продуктов, в которых используются сварные швы с инфракрасным излучением.[1]

История

Инфракрасная сварка классифицируется как термопластическая сварка наряду с сварка горячим газом, сварка горячим инструментом, и экструзионная сварка.[2] Хотя инфракрасное излучение было впервые обнаружено в 1800-х годах, оно не использовалось в качестве источник тепла до начала Вторая мировая война когда было обнаружено, что он более эффективен, чем печи с конвекцией на топливе того времени.[4] ИК-излучение было впервые испытано при сварке термопластичных полимеров в конце 1900-х годов, но этот процесс был относительно новым и до конца не изучен.[2] Системы инфракрасной сварки обеспечивают более быстрое время нагрева, чем другие виды термической сварки, но высокие капитальные затраты ограничивают их развитие. В связи со снижением стоимости оборудования в 1990-х годах инфракрасная сварка стала более популярной в отрасли.[1]

Физика инфракрасной сварки

Электромагнитный спектр
Электромагнитные волновые взаимодействия

Для ИК-сварки обычно используются длины волн от 800 до 11000 нм на электромагнитный спектр. Пластмассы взаимодействуют с ИК-излучением через отражение, коробка передач, и поглощение. Падающее ИК-излучение может отражаться от поверхности пластика, проходить через пластик или поглощаться пластиком в виде других видов энергии, включая тепловую. Соотношение этих трех взаимодействий зависит от длины волны ИК-излучения и свойств принимающего пластика. Аморфный пластмассы обычно оптически прозрачны и могут пропускать почти все падающее инфракрасное излучение. По этой причине они обычно используются при TTIr. Полукристаллические пластмассы может рассеивать падающее ИК-излучение между аморфными и кристаллическими границами, уменьшая коэффициент пропускания и увеличивая поглощение материала. Более высокая поглощающая способность приводит к большему тепловыделению для данного источника ИК-излучения. Добавки, такие как осветляющие агенты, могут увеличивать коэффициент пропускания пластика, в то время как матрицы и пигменты могут увеличивать поглощающую способность материала. Увеличение количества этих добавок может снизить прочность как материала, так и сварного соединения.[1]

Чем ближе источник ИК-излучения, тем выше эффективность падения на материал. ИК-излучение наиболее эффективно при направлении излучения перпендикулярно детали. Энергия излучения всегда воздействует на поверхность детали, в то время как глубина проникновения, которой может достичь энергия, зависит от кристалличности пластика.[3]

Оборудование

Источники IR

Потенциал Источники ИК-сварки включать кварцевые лампы и керамические обогреватели который может генерировать широкий диапазон длин волн ИК-излучения. Лазерная сварка использует источники ИК-излучения, работающие на одной длине волны, например CO2 лазеры, Nd: YAG лазеры, лазерные диоды. Оборудование, выбираемое для каждого сварочного процесса, зависит от типа производимого излучения. Кварцевые лампы производят волны с длиной волны от 1000 до 5000 нм, а керамические нагреватели - с длиной волны от 5000 до 10000 нм.[1]

Вложения

Технология P-волны использует ИК-лампу и предварительно установленное фокусирующее устройство, такое как ИК-преобразователь или пленка, которая может фильтровать и фокусировать ИК-излучение на желаемой длине волны и повышенной интенсивности в выбранной области, чтобы улучшить проплавление шва с минимальным повреждением поверхности. Этот метод позволяет улучшить инфракрасную сварку полимеров с более высокими температурами плавления, таких как большинство фторполимеров и поликетонов.[5]

Техника ИК-сварки

В настоящее время в промышленности используются три основных метода сварки: нагрев поверхности, инфракрасная сварка на просвет и укладка в стек. Все методы инфракрасной сварки в той или иной форме включают следующие шесть основных этапов:[1]

Основные этапы режима инфракрасного нагрева поверхности
Схема сварки TTIr
  1. Загрузка деталей в сварочную систему, которая будет удерживать детали на месте
  2. Установка источника ИК-излучения перед лицевой стороной каждой детали, которая будет сварена вместе
  3. Применение ИК-излучения для расплавления тонкого слоя пластика на поверхности каждой детали.
  4. Переключение, при котором источник ИК-излучения удаляется с лицевой стороны каждой детали
  5. Зажимание деталей для соединения расплавленных поверхностей под давлением по мере их охлаждения и затвердевания.
  6. Разгрузка деталей после сварки

Панельное отопление

Нагрев поверхности включает нагрев и плавление границы раздела между пластиковыми деталями с помощью инфракрасного излучения и принуждение деталей вместе в расплавленное соединение, которое затвердевает как одна деталь. Этот процесс можно разделить на 3 фазы, как показано на рисунке справа: A) Загрузка деталей, установка источника ИК-излучения и применение ИК-излучения. Б) Переналадка с удалением источника ИК-излучения и зажимом частей для их соединения. В) Разгрузка деталей после сварки.[1]

Сквозная инфракрасная сварка (TTIr)

Сварка TTIr - это соединение прозрачной для инфракрасного излучения части со второй частью таким образом, что инфракрасное излучение проходит через прозрачную часть и нагревает поверхность второй части, как показано на рисунке справа. Длины волн ИК-излучения обычно находятся в пределах от 800 до 1050 нм. Чтобы сделать прозрачную деталь абсорбирующей ИК-излучение, можно использовать красители или красители, такие как технический углерод. На стыке можно разместить высокопоглощающие термопластические пленки для приема ИК-излучения и плавления границы раздела во время сварки. Используя эти методы, можно выполнять сварку TTIr между деталями как из одного, так и из разных материалов.[1]

ИК-стек

IR-стейкинг

ИК-разбивка включает в себя локализованную приварку термопластической шпильки из одной части в полость несвариваемой детали для образования механического крепежа. Как показано на рисунке справа, полимерная часть и несвариваемая часть сначала помещаются вместе (A), затем излишек полимера расплавляется и образуется вокруг несвариваемой части, чтобы скрепить две части вместе (B). Шпилька может быть нагрета через направленный TTIr, когда она предварительно помещена в полость детали, прозрачной для ИК-излучения, а затем расплавлена, чтобы придать ей форму кнопки, необходимую для заполнения полости перед затвердеванием. Поверхностное инфракрасное излучение также можно использовать для размягчения пластиковой шпильки и вдавливания ее в формовочную головку в форме кнопки, заставляя шпильку деформироваться в форму формовочной головки перед затвердеванием.[1]

Конфигурации нагрева

В ИК-системах обычно используется один из трех методов нагрева поверхности: сканирование, непрерывное освещение и сварка маски.[1]

Сканирование

Сканирование включает в себя движение ИК-луча по поверхности детали с помощью автоматизированной системы перемещения или гальванических зеркал. Оборудование ограничено скоростью движения по поверхности детали, чтобы поддерживать равномерную температуру на поверхности. При сварке TTIr сканирование позволяет нерасплавленной части детали действовать как механический упор для сохранения зазора между двумя частями.[1]

Непрерывное освещение

Непрерывное освещение использует более одного источника ИК-излучения для одновременного нагрева всей стыковой поверхности. Допуски деталей или посадка не так важны для этого метода, так как вся поверхность будет расплавлена ​​перед сваркой. Этот метод полезен при сварке деталей со сложной геометрией, когда используются несколько источников инфракрасного излучения для равномерного нагрева всех форм стыка стыков.[1]

Сварка маски

Подобно непрерывному освещению, сварка в маске использует несколько источников ИК-излучения для полного освещения стыка, при этом накладывая маску ИК-излучения на детали, чтобы контролировать, какие области будут формировать слой расплава.[1]

Материалы

Ниже приведен список материалов, хорошо известных своей способностью к инфракрасной сварке:

Преимущества недостатки

Преимущества

  • Быстрый нагрев и продолжительность цикла по сравнению с другими процессами термопластической сварки[1]
  • Бесконтактный нагрев на границе раздела сварных швов предотвращает прилипание пластмассовых деталей к источнику тепла, как показано на сварка горячей пластиной[3]
  • Контролируемый зона термического влияния для уменьшенной вспышки, чем в сварка горячей пластиной[1]
  • Минимальный риск загрязнения с предотвращением производства частицы чем другие процессы термопластической сварки[1]
  • Непрерывный и легко автоматизированный процесс[1]
  • Возможность более высокой прочности соединений и более низких остаточных напряжений по сравнению с другими процессами термопластической сварки[1]
  • Рентабельность по сравнению с лазерной сваркой[3]
  • Прямая передача тепла к деталям обеспечивает максимальную энергоэффективность и быстрое время отклика с меньшим весом оборудования, чем другие процессы термопластической сварки[3]
  • Хорошо подходит для сварки при высоких температурах термопласты в сравнении с сварка горячей пластиной[3]

Недостатки

  • Детали и системы для инфракрасной сварки дороже, чем другие процессы термопластической сварки.[1]
  • Инфракрасная сварка позволяет сваривать только материалы, чувствительные к инфракрасным волнам, и границы раздела частей, подверженные воздействию инфракрасного излучения.[1]
  • Продолжительный нагрев может вызвать деградацию материала или улавливание паров окисления.[3]

Приложения

Новые технологии соединения с использованием инфракрасной сварки имеют решающее значение для изготовления сложных деталей и сборок на высоких скоростях и с низкими затратами.[3] Хотя инфракрасная сварка пластмасс имеет много преимуществ по сравнению с другими типами сварки пластмасс, ограничения, такие как стоимость оборудования и свойства чувствительных материалов, сокращают количество промышленных применений этого метода.[1] Ниже приведены несколько примеров современных промышленных приложений:

Детектор CO
Сумка для внутривенных вливаний
  • Детектор CO фильтры приварены к пластиковому корпусу с помощью инфракрасной сварки, чтобы предотвратить повреждение фильтра частицами[1]
  • Медицинское IV-мешки Сварены ИК-сваркой для достижения минимального всплеска и образования твердых частиц для плавного и чистого потока жидкости[1]
  • Высокоскоростная резка и запечатывание пленки (300 м / мин) позволяет минимизировать потертости по краям и прижженные швы.[1]
  • Бачки тормозной жидкости сварены инфракрасным излучением, чтобы предотвратить засорение и загрязнение небольших каналов передачи жидкости.[1]
  • Полиэтиленовые трубы в инфраструктуре транспортировки природного газа подвергаются инфракрасной сварке с использованием TTIr для повышения прочности соединения с минимальной деформацией муфты.[6]
ПЭ труба

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac объявление ае аф аг ах ай эй ак аль являюсь ан ао ap водный ар в качестве Гренуэлл, Дэвид А., Бенатар, Авраам, Пак, Джун Бу (2003). Справочник по сварке пластмасс и композитов. Цинциннати: Хансер. С. 271–309. ISBN  978-1-56990-313-1.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ а б c Стокс, Виджай (1989). «Способы соединения пластмасс и пластиковых композитов: обзор». Полимерная инженерия и наука. 29 (19): 1310–1324. Дои:10.1002 / ручка.760291903.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Чен, Ян Шиау (1995). «Инфракрасный нагрев и сварка термопластов и композитов». Издание диссертаций ProQuest. ProQuest  304207573.
  4. ^ Арнквист, W (1959). «Обзор ранних инфракрасных разработок». Труды IRE. 47 (9): 1420–430. Дои:10.1109 / JRPROC.1959.287029. S2CID  51631730.
  5. ^ «Новый подход к инфракрасной сварке соединений. Больше инженерных пластмасс». EBSCOhost. Апрель 2004 г.
  6. ^ Нет, Дунхун (2005). «Исследование комбинированной раструбной и стыковой сварки пластиковых труб с использованием сквозной инфракрасной сварки». Электронная диссертация или диссертация - через OhioLINK.