IR-svetsning

IR-svetsning är en svetsteknik som använder en beröringsfri uppvärmningsmetod för att smälta och smälta samman termoplastiska delar med hjälp av energin från infraröd strålning. Processen utvecklades först i slutet av 1900-talet, men på grund av den höga kapitalkostnaden för IR-utrustning användes processen inte vanligt i industrin förrän priserna sjönk på 1990-talet. IR-svetsning använder vanligtvis ett intervall av våglängder från 800 till 11 000 nm på det elektromagnetiska spektrumet för att värma, smälta och smälta samman gränssnittet mellan två plastdelar genom absorption och omvandling av IR-energin till värme. Lasersvetsning är en liknande sammanfogningsprocess som applicerar IR-strålning vid en enda våglängd.

Det finns många olika svetstekniker som använder IR-uppvärmning, där de tre huvudlägena är ytuppvärmning, genom transmissions-IR-svetsning (TTIr) och IR-svetsning. En mängd olika uppvärmningskonfigurationer har tillämpats på dessa tekniker, såsom skanning, kontinuerlig belysning och masksvetsning. Fördelar som snabbare och kontrollerbar beröringsfri uppvärmning som är tillämplig för ett brett utbud av enkla eller komplexa detaljgeometrier skiljer IR-svetsning från andra former av plastsvetsning . CO-detektorer, IV-påsar och bromstransmissionsledningar är bara några av de många produkter som använder IR-svetsar.

Historia

IR-svetsning kategoriseras som en form av termisk plastsvetsning vid sidan av hetgassvetsning , varmverktygssvetsning och extruderingssvetsning . Även om infraröd strålning först upptäcktes på 1800-talet, användes IR inte som en värmekälla förrän i början av andra världskriget då den visade sig vara effektivare än dåtidens bränslekonvektionsugnar. IR-strålning testades först för svetsning av termoplastiska polymerer i slutet av 1900-talet, men processen var relativt ny och inte helt förstått. IR-svetssystem erbjöd snabbare uppvärmningstider än de andra formerna av termisk svetsning, men de höga kapitalkostnaderna begränsade dess utveckling. Med en minskning av priset på utrustning under 1990-talet har IR-svetsning blivit mer populärt i branschen.

Fysik för IR-svetsning

Elektromagnetiskt spektrum
Elektromagnetiska våginteraktioner

IR-svetsning använder vanligtvis våglängder från 800 till 11 000 nm på det elektromagnetiska spektrumet . Plast interagerar med IR-strålning genom reflektion , transmission och absorption . Infallande IR-strålning kan antingen reflekteras från plastens yta, överföras genom plasten eller absorberas i plasten som andra energiformer inklusive termisk energi. Förhållandet mellan dessa tre interaktioner beror på IR-strålningens våglängd och den mottagande plastens egenskaper. Amorf plast är i allmänhet optiskt klar och kan överföra nästan all infallande IR-strålning. Av denna anledning används de ofta i TTIr. Halvkristallina plaster kan sprida infallande IR-strålning mellan de amorfa och kristallina gränserna, vilket minskar transmittansen och ökar materialets absorbans. Den högre absorptionsförmågan resulterar i mer värmegenerering för en given IR-källa. Tillsatser som klargörande medel kan användas för att öka en plasts transmittans medan formverktyg och pigment kan användas för att öka absorbansen hos ett material. Ökande mängder av dessa tillsatser kan minska styrkan hos både materialet och svetsfogen.

Ju närmare IR-strålningskällan är, desto högre infallseffektivitet på materialet. IR-strålning är mest effektiv när strålning riktas normalt mot delen. Strålningsenergin påverkar alltid ytan på en del medan penetrationsdjupet som energin kan nå är beroende av plastens kristallinitet.

Utrustning

IR-källor

Potentiella IR-svetskällor inkluderar kvartslampor och keramiska värmare som kan generera ett brett spektrum av IR-våglängder. Lasersvetsning använder IR-källor som arbetar vid en enda våglängd som CO 2 -lasrar , Nd:YAG-lasrar , laserdioder . Den utrustning som väljs för varje svetsprocess härrör från den typ av strålning som produceras. Kvartslampor producerar våglängder på cirka 1 000 till 5 000 nm och keramiska värmare producerar våglängder på cirka 5 000 till 10 000 nm.

Bilagor

P-wave-teknologin använder en IR-lampa och en förplacerad fokuseringsanordning såsom en IR-givare eller film som kan filtrera och fokusera IR-strålning vid en önskad våglängd och ökad intensitet inom ett valt område för att förbättra svetspenetrationen med minimal ytskada. Denna metod möjliggör förbättrad IR-svetsning av polymerer med högre smälttemperaturer såsom de flesta fluorpolymerer och polyketoner.

IR-svetsteknik

De tre stora svetsteknikerna som används i branschen idag inkluderar ytuppvärmning, IR-transmissionssvetsning och IR-svetsning. Alla IR-svetstekniker innehåller följande sex grundläggande steg i någon form:

Grundläggande steg för IR-ytuppvärmningsläget
TTIr Svetsdiagram
  1. Lastning av delar i svetssystemet som håller delarna på plats
  2. Insättning av IR-källa framför framsidan av varje del som ska svetsas ihop
  3. Applicering av IR-strålning för att smälta ett tunt lager plast på ytan av varje del
  4. Byte där IR-källan tas bort från framsidan av varje del
  5. Klämning av delarna för att sammanfoga de smälta ytorna under tryck när de svalnar och stelnar
  6. Avlastning av delarna efter att svetsen är gjord

Ytvärme

Ytuppvärmning innefattar uppvärmning och smältning av gränsytan mellan plastdelar med IR-strålning och att delarna pressas samman till en smält fog som stelnar som en del. Denna process kan delas upp i 3 faser som visas i figuren till höger: A) Laddning av delar, insättning av IR-källan och IR-applikation. B) Byte med borttagning av IR-källa och klämning av delarna för att sammanfoga dem. C) Avlastning av delarna efter svetsningen.

Through Transmission IR Welding (TTIr)

TTIr-svetsning är sammanfogningen av en IR-transparent del till en andra del så att IR-strålningen går genom den transparenta delen och värmer ytan på den andra delen som visas i figuren till höger. IR-våglängder ligger i allmänhet inom 800 till 1050 nm. För att göra en genomskinlig del absorberande för IR-strålning, kan tillsats av formar eller färgämnen såsom kimrök användas. Högabsorberande termoplastfilmer kan placeras vid fogen för att ta emot IR-strålningen och smälta gränsytan under svetsning. Med dessa metoder kan TTIr-svetsar göras mellan delar av både samma eller olika material.

IR Staking

IR Staking

IR-svetsning innefattar lokal svetsning av en termoplaststift eller påle från en del in i håligheten i en icke svetsbar del för att bilda ett mekaniskt fästelement. Som visas i figuren till höger placeras först polymerdelen och den icke svetsbara delen ihop (A), sedan smälts den utskjutande polymeren och formas runt den icke svetsbara delen för att fästa ihop de två (B). Dubben kan värmas upp genom riktad TTIr när den är förplacerad i håligheten i en IR-transparent del, och sedan smälts för att deformeras till en knappform som krävs för att fylla håligheten innan den stelnar. Yt-IR-strålning kan också användas för att mjuka upp en plaststift som sedan pressas in i en knappformad form för att bilda ett huvud innan den kyls och stelnar.

Värmekonfigurationer

IR-system förlitar sig i allmänhet på en av tre ytuppvärmningsmetoder: skanning, kontinuerlig belysning och masksvetsning.

Läser in

Skanning involverar förflyttning av en IR-stråle över ytan av en del med antingen ett automatiserat rörelsesystem eller galvaniska speglar. Utrustningen begränsas av hastigheten för rörelser över delens yta för att upprätthålla en jämn temperatur på ytan. Vid TTIr-svetsning tillåter skanning den osmälta delen av delen att fungera som ett mekaniskt stopp för att bibehålla foggapet mellan de två delarna.

Kontinuerlig belysning

Kontinuerlig belysning använder mer än en IR-strålningskälla för att värma hela ledgränssnittet samtidigt. Deltoleranser eller passform är inte lika avgörande med denna metod eftersom hela ytan kommer att smältas innan svetsning. Denna metod är användbar vid svetsning av delar med komplexa geometrier, och använder flera IR-källor för att jämnt värma alla former av skarvgränssnitt.

Masksvetsning

I likhet med kontinuerlig belysning, använder masksvetsning flera IR-källor för att fullständigt belysa ett foggränssnitt samtidigt som en IR-strålningsmask placeras över delarna för att kontrollera vilka områden som kommer att bilda ett smältskikt.

Material

Nedan är en lista över material välkända för sin IR-svetsbarhet:

Fördelar / Nackdelar

Fördelar

  • Snabb uppvärmning och cykeltid än andra termiska plastsvetsprocesser
  • Beröringsfri uppvärmning på svetsgränssnittet förhindrar plastdelar från att fastna på värmekällan, vilket kan ses vid svetsning av värmeplattor
  • Kontrollerad värmepåverkad zon för minskad blixt än vad som ses vid värmeplåtssvetsning
  • Minimal kontamineringsrisk med förhindrande av produktion av partiklar än andra termiska plastsvetsprocesser
  • Kontinuerlig och lätt automatiserad process
  • Potential för högre foghållfastheter och lägre restspänningar än andra termiska plastsvetsprocesser
  • Kostnadseffektivt i jämförelse med lasersvetsning
  • Direkt värmeöverföring till delar möjliggör maximal energieffektivitet och snabb svarstid med utrustning med lägre vikt än andra termiska plastsvetsprocesser
  • av termoplaster med hög temperatur i jämförelse med värmeplåtssvetsning

Nackdelar

  • IR-svetsdelar och -system är dyrare än andra termiska plastsvetsprocesser
  • IR-svetsning kan endast svetsa material som är känsliga för IR-vågor och delgränssnitt som utsätts för IR-strålning
  • Långvarig uppvärmning kan orsaka materialnedbrytning eller inneslutning av ångoxidation

Ansökningar

Ny sammanfogningsteknik som använder IR-svetsning är avgörande för att tillverka komplexa delar och sammansättningar med höga hastigheter och låga kostnader. Även om IR-plastsvetsning har många fördelar jämfört med andra typer av plastsvetsning, minskar begränsningar såsom utrustningskostnader och känsliga materialegenskaper mängden industriella tillämpningar av metoden. Några exempel på aktuella industriella tillämpningar visas nedan:

CO-detektor
IV påse
  • CO-detektorfilter är IR-svetsade till sitt plasthölje för att förhindra att filtret skadas med partiklar
  • Medicinska IV-påsar är IR-svetsade för att uppnå minimal blixt- och partikelgenerering för jämnt och rent vätskeflöde
  • Höghastighets klippning och försegling av film (300 m/min) processer möjliggör minimal fransning i kanterna och kauteriserade sömmar
  • Bromsvätskebehållare är IR-svetsade för att förhindra igensättning och kontaminering av de små vätskeöverföringskanalerna
  • PE-rör i infrastrukturen för naturgasöverföring genomgår IR-svetsning med TTIr för att förbättra foghållfastheten med minimal kopplingsdeformation
PE-rör
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=IR_welding&oldid=1100647770 "