جوشکاری IR

**جوشکاری IR** یک تکنیک جوشکاریگرمانرم است که از روش گرمایش غیر تماسی برای ذوب و ذوب قطعات ترموپلاستیک با استفاده از انرژی حاصل از تابش مادون قرمز استفاده می کند. این فرآیند برای اولین بار در اواخر دهه 1900 توسعه یافت، اما به دلیل هزینه بالای سرمایه تجهیزات IR، این فرآیند معمولاً در صنعت اعمال نمی شد تا زمانی که قیمت ها در دهه 1990 کاهش یافت.

جوشکاری IR معمولا از طیفی از طول موج ها از 800 تا 11000 استفاده می کند. نانومتر در طیف الکترومغناطیسیجوشکاری صفحه داغ برای گرم کردن، ذوب شدن و ذوب رابط بین دو بخش پلاستیکی از طریق جذب و تبدیل انرژی IR به گرما. جوشکاری لیزری فرآیند اتصال مشابهی است که تابش IR را در یک طول موج منفرد اعمال می کند.

تکنیک‌های جوشکاری مختلفی وجود دارد که از گرمایش IR استفاده می‌کنند، با سه حالت اصلی گرمایش سطح، از طریق جوشکاری مادون قرمز انتقالی (TTIr) و انباشته شدن انواع پیکربندی‌های گرمایشی برای این تکنیک‌ها مانند اسکن، روشنایی مداوم و جوشکاری ماسک اعمال شده‌اند. مزایایی مانند گرمایش بدون تماس سریعتر و قابل کنترل که برای طیف وسیعی از قطعات ساده یا پیچیده هندسی قابل استفاده است، جوش IR را از سایر اشکال جوش پلاستیک متمایز می کند. آشکارسازهای CO، کیسه های IV و خطوط انتقال ترمز تنها تعدادی از محصولات زیادی هستند که از جوش IR استفاده می کنند.

## تاریخچه
جوشکاری IR به عنوان جوشکاری پلاستیک حرارتی در کنار جوش گاز داغ، جوش ابزار داغ و جوش اکستروژن دسته بندی می شود. اگرچه تشعشعات فروسرخ برای اولین بار در دهه 1800 کشف شد، IR به عنوان منبع گرما تا آغاز جنگ جهانی دوم استفاده نشد، زمانی که مشخص شد که موثرتر از کوره های همرفت سوخت در آن زمان بود. تابش IR برای اولین بار برای جوشکاری پلیمرهای ترموپلاستیک در اواخر دهه 1900 آزمایش شد، اما این فرآیند نسبتا جدید بود و به طور کامل درک نشده بود. سیستم‌های جوش IR زمان گرمایش سریع‌تری نسبت به سایر اشکال جوشکاری حرارتی ارائه می‌دهند، اما هزینه‌های سرمایه بالا توسعه آن را محدود می‌کند. با کاهش قیمت تجهیزات در دهه 1990، جوشکاری IR در صنعت رواج بیشتری پیدا کرد.

## فیزیک جوشکاری IR
جایگزین=طیف الکترومغناطیسی|بندانگشتی|طیف الکترومغناطیسی
جایگزین=فعل و انفعالات امواج الکترومغناطیسی|بندانگشتی|فعل و انفعالات امواج الکترومغناطیسی
در جوش IR معمولا از طول موج های 800 تا 11000 استفاده می شود نانومتر در طیف الکترومغناطیسی پلاستیک ها از طریق انعکاس، انتقال و جذب با تابش IR برهم کنش دارند. تشعشعات IR اتفاقی می تواند از سطح پلاستیک منعکس شود، از طریق پلاستیک منتقل شود، یا به عنوان سایر اشکال انرژی از جمله انرژی حرارتی به پلاستیک جذب شود. نسبت این سه برهمکنش به طول موج تابش IR و خواص پلاستیک گیرنده بستگی دارد. پلاستیک‌های آمورف عموماً از نظر نوری شفاف هستند و می‌توانند تقریباً تمام تشعشعات فرودی IR را منتقل کنند. به همین دلیل آنها معمولا در TTIr استفاده می شوند. پلاستیک های نیمه کریستالی می توانند تشعشعات IR فرودی را بین مرزهای آمورف و کریستالی پخش کنند و گذردهی را کاهش دهند و جذب ماده را افزایش دهند. جذب بالاتر منجر به تولید گرمای بیشتر برای یک منبع IR معین می شود. می‌توان از افزودنی‌هایی مانند عوامل شفاف‌کننده، ضریب عبور پلاستیک را افزایش داد، در حالی که می‌توان از قالب‌ها و رنگدانه‌ها، جذب یک ماده را افزایش داد. افزایش مقادیر این مواد افزودنی می تواند استحکام مواد و اتصالات جوشی را کاهش دهد. هرچه منبع تشعشع IR نزدیکتر باشد، بازدهی بروز بیشتری بر روی ماده دارد. تابش IR زمانی که تابش عادی را به قطعه هدایت می کند، بیشترین تأثیر را دارد. انرژی تشعشع همیشه روی سطح یک قطعه تأثیر می گذارد در حالی که عمق نفوذی که انرژی می تواند به آن برسد به کریستالی بودن پلاستیک بستگی دارد.

## تجهیزات

### منابع IR
منابع جوش مادون قرمز بالقوه شامل لامپ های کوارتز و بخاری های سرامیکی هستند که می توانند طیف وسیعی از طول موج های IR را تولید کنند. در جوشکاری لیزری از منابع IR استفاده می شود که در یک طول موج کار می کنند مانند لیزرهای CO2، لیزرهای Nd:YAG، دیودهای لیزر. تجهیزات انتخاب شده برای هر فرآیند جوشکاری از نوع تابش تولید شده ناشی می شود. لامپ های کوارتز طول موج هایی در حدود 1000 تا 5000 تولید می کنند بخاری های نانومتری و سرامیکی طول موج هایی در حدود 5000 تا 10000 نانومتر تولید می کنند.

### پیوست ها
فناوری موج P از یک لامپ IR و یک دستگاه فوکوس از پیش قرار داده شده مانند مبدل مادون قرمز یا فیلم استفاده می کند که می تواند تابش IR را در طول موج دلخواه و افزایش شدت در یک منطقه انتخاب شده فیلتر و متمرکز کند تا نفوذ جوش را با کمترین آسیب سطحی بهبود بخشد. این روش به بهبود جوشکاری IR پلیمرهایی با دمای ذوب بالاتر مانند اکثر فلوروپلیمرها و پلی کتون ها اجازه می دهد.

## تکنیک های جوشکاری IR
سه روش عمده جوشکاری که امروزه در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از: گرمایش سطح، از طریق جوشکاری IR انتقالی و انباشته شدن IR. تمام تکنیک های جوشکاری IR شامل شش مرحله اساسی زیر به شکلی هستند:
جایگزین=مراحل اساسی حالت گرمایش سطح IR|بندانگشتی|مراحل اساسی حالت گرمایش سطح IR
جایگزین=نمودار جوشکاری TTIr|بندانگشتی|نمودار جوشکاری TTIr

# بارگذاری قطعات در سیستم جوشکاری که قطعات را در جای خود نگه می دارد
# قرار دادن منبع مادون قرمز در جلوی هر قسمتی که به هم جوش داده می شود.
# استفاده از تابش IR برای ذوب یک لایه نازک پلاستیک در سطح هر قسمت
# تغییری که در آن منبع IR از روی هر قسمت حذف می شود
# بستن قطعات برای اتصال سطوح ذوب شده به یکدیگر تحت فشار هنگام سرد شدن و جامد شدن
# تخلیه قطعات پس از جوشکاری

### گرمایش سطح
گرمایش سطح شامل گرم کردن و ذوب شدن سطح مشترک بین قطعات پلاستیکی با تابش IR و مجبور کردن قطعات به یکدیگر در یک اتصال مذاب است که به عنوان یک قسمت جامد می شود. این فرآیند همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است را می توان به 3 فاز تقسیم کرد: الف) بارگذاری قطعات، درج منبع IR و کاربرد IR. ب) تعویض با حذف منبع IR و بستن قطعات برای اتصال به آنها. ج) تخلیه قطعات پس از انجام جوش.

### جوشکاری IR انتقال (TTIr)
جوشکاری TTIr اتصال یک قطعه شفاف IR به قسمت دوم است به طوری که تابش IR از طریق قسمت شفاف عبور کرده و سطح قسمت دوم را همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است گرم می کند. طول موج IR معمولا بین 800 تا 1050 است نانومتر برای ایجاد یک قطعه شفاف جاذب در برابر تشعشعات IR، می توان از افزودن مواد یا مواد رنگی مانند کربن سیاه استفاده کرد. فیلم‌های ترموپلاستیک با جذب بالا را می‌توان در محل اتصال قرار داد تا تابش IR را دریافت کرده و سطح مشترک را در حین جوشکاری ذوب کند. با استفاده از این روش‌ها، جوش‌های TTIr را می‌توان بین قطعاتی از مواد مشابه یا متفاوت تکمیل کرد.
جایگزین=استیکینگ IR|بندانگشتی|استیکینگ IR

### استیکینگ IR
استیکینگ IR شامل جوشکاری موضعی یک گل میخ یا پایه گرمانرم از یک قسمت به داخل حفره یک قطعه غیر قابل جوش برای تشکیل یک بست مکانیکی است. همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است، ابتدا قسمت پلیمری و قسمت غیر قابل جوش در کنار هم قرار می گیرند (A)، سپس پلیمر بیرون زده ذوب می شود و در اطراف قسمت غیرقابل جوشکاری تشکیل می شود تا این دو به یکدیگر متصل شوند (B). گل میخ را می توان از طریق TTIr هدایت شده هنگامی که از قبل در حفره یک قطعه شفاف مادون قرمز قرار می گیرد گرم کرد، سپس ذوب شد تا آن را به شکل دکمه ای تغییر شکل دهد که برای پر کردن حفره قبل از انجماد لازم است. تابش IR سطحی همچنین می تواند برای نرم کردن یک گل میخ پلاستیکی استفاده شود که سپس به شکل یک قالب دکمه ای فشار داده می شود تا قبل از سرد شدن و جامد شدن یک سر تشکیل شود.

## تنظیمات گرمایش
سیستم‌های IR معمولاً به یکی از سه روش گرمایش سطح متکی هستند: اسکن، روشنایی مداوم و جوشکاری ماسک.

### اسکن کردن
اسکن شامل حرکت یک پرتو IR در سراسر سطح یک قطعه با استفاده از یک سیستم حرکت خودکار یا آینه های گالوانیکی است. تجهیزات با سرعت حرکت در سطح قطعه برای حفظ دمای یکنواخت روی سطح محدود می شوند. در جوشکاری TTIr، اسکن به بخش ذوب نشده قطعه اجازه می دهد تا به عنوان یک توقف مکانیکی عمل کند تا شکاف مشترک بین دو قسمت حفظ شود.

### روشنایی مداوم
روشنایی مداوم از بیش از یک منبع تابش IR برای گرم کردن کل رابط مشترک به طور همزمان استفاده می کند. تلورانس یا تناسب قطعات در این روش چندان مهم نیست زیرا کل سطح قبل از جوشکاری ذوب می شود. این روش هنگام جوشکاری قطعات با هندسه پیچیده، با استفاده از چندین منبع IR برای گرم کردن یکنواخت تمام اشکال رابط مشترک مفید است.

### جوش ماسک
مشابه با روشنایی مداوم، جوشکاری ماسک از چندین منبع IR برای روشن کردن کامل یک رابط مشترک استفاده می کند در حالی که یک ماسک تشعشع IR را روی قطعات قرار می دهد تا کنترل کند که کدام مناطق یک لایه مذاب را تشکیل می دهند.

## مواد
در زیر لیستی از موادی است که به دلیل جوش پذیری IR شناخته شده هستند:

* پلی کربنات (PC)
* پلی (متیل متاکریلات ) (PMMA)
* اتیلن وینیل الکل (EVOH)
* اکریلیک
* پلی استایرن (PS)
* اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
* پلی وینیل کلراید (PVC)
* پلی اتیلن (PE)
* پلی پروپیلن (PP)
* پلی کتون (PK)
* الاستومرها
* پلی آمید (PA)
* پلی اکسی متیلن (POM یا استال)
* پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE)
* پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)  
* پلی اتیلن تقویت شده با الیاف شیشه (PPE)
* پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)
* پلی اتر سولفون تقویت شده با الیاف شیشه (PES)

## مزایا و معایب

### مزایا

* گرمایش و چرخه سریع نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری پلاستیک حرارتی
* همانطور که در جوشکاری صفحه داغ دیده می شود، گرمایش بدون تماس روی رابط جوش از چسبیدن قطعات پلاستیکی به منبع حرارت جلوگیری می کند
* منطقه تحت تاثیر حرارت کنترل شده برای کاهش فلاش نسبت به
* جوشکاری صفحه داغ
* حداقل خطر آلودگی با جلوگیری از تولید ذرات نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری پلاستیک حرارتی
* فرآیند مداوم و به راحتی خودکار
* پتانسیل برای استحکام مفصل بالاتر و تنش های پسماند کمتر نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری پلاستیک حرارتی
* مقرون به صرفه بودن در مقایسه با جوشکاری لیزری
* انتقال مستقیم حرارت به قطعات امکان حداکثر بهره وری انرژی و زمان پاسخ سریع را با تجهیزات وزن کمتر نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری پلاستیک حرارتی فراهم می کند
* مناسب برای جوشکاری ترموپلاستیک با دمای بالا در مقایسه با جوشکاری صفحه داغ

### معایب

* قطعات و سیستم های جوشکاری IR گرانتر از سایر فرآیندهای جوشکاری پلاستیک حرارتی هستند
* جوشکاری IR فقط می‌تواند مواد مستعد در برابر امواج مادون قرمز و قسمت‌هایی را که در معرض تابش مادون قرمز قرار دارند جوش دهد
* گرمایش طولانی مدت ممکن است باعث تخریب مواد یا به دام افتادن اکسیداسیون بخار شود

### کاربرد ها
فن آوری های جدید اتصال با استفاده از جوش IR برای ساخت قطعات و مجموعه های پیچیده با سرعت بالا و هزینه کم بسیار مهم است.  اگرچه جوشکاری پلاستیک مادون قرمز نسبت به سایر انواع جوش پلاستیک مزایای زیادی دارد، اما محدودیت‌هایی مانند هزینه‌های تجهیزات و خواص مواد حساس، میزان کاربردهای صنعتی این روش را کاهش می‌دهد.  چند نمونه از کاربردهای صنعتی فعلی در زیر نشان داده شده است:
جایگزین=آشکارساز CO|بندانگشتی|آشکارساز CO
* فیلترهای آشکارساز CO به محفظه پلاستیکی خود مادون قرمز جوش داده می شوند تا از آسیب دیدن فیلتر با ذرات جلوگیری شود
* کیسه های IV پزشکی برای دستیابی به حداقل تولید فلاش و ذرات برای جریان صاف و تمیز سیال IR جوش داده می شوند
* فرآیندهای برش و آب بندی فیلم با سرعت بالا (300 متر در دقیقه) حداقل ساییدگی را در لبه ها و درزهای سوزانده شده امکان پذیر می کند
* مخازن روغن ترمز برای جلوگیری از گرفتگی و آلودگی کانال های کوچک انتقال سیال IR جوش داده می شوند
* لوله های پلی اتیلن در زیرساخت انتقال گاز طبیعی تحت جوشکاری IR با استفاده از TTIr برای بهبود استحکام اتصال با حداقل تغییر شکل جفت شونده

## منابع

رده:جوشکاری