輻射焊接

采用激光射線方法焊接塑料可使用特殊的大功率二極管激光發(fā)生器。用于塑料焊接的激光設(shè)備在結(jié)構(gòu)類(lèi)型方面與焊接金屬的激光焊機(jī)區(qū)別明顯。

輻射焊接優(yōu)點(diǎn)

激光焊接具有多種優(yōu)點(diǎn)：

1、無(wú)接觸(無(wú)材料黏附，更光潔的焊縫，無(wú)焊縫細(xì)毛/不形成微粒)。

2、精度極高，速度極快(高度自動(dòng)化，經(jīng)濟(jì)性)。

3、適用于二維和i維輪廓(例如由工業(yè)機(jī)器人控制)。

4、極佳的焊縫強(qiáng)度和焊縫質(zhì)量以及焊縫外觀。

5、通過(guò)針對(duì)性很強(qiáng)的加熱，使受熱影響區(qū)很小。

6、無(wú)振動(dòng)(工件無(wú)運(yùn)動(dòng))。

激光焊接用途廣泛。例如由于其受熱影響區(qū)很小，它適用于電子元件和極小工件的焊接，原則上，任意形狀和規(guī)格的工件均適用于激光焊接。由于激光焊接具有良好的自動(dòng)化可隧性，它還可以用于汽車(chē)工業(yè)或容器制造業(yè)以及機(jī)器制造業(yè)等領(lǐng)域中大型結(jié)構(gòu)件的焊接。

輻射焊接過(guò)程

激光焊接過(guò)程可劃分為4個(gè)階段：

1、激光射線穿透透明的第一個(gè)對(duì)接件，到達(dá)吸光的第二個(gè)對(duì)接件。

2、吸光對(duì)接件的表面將寓含能量的激光射線轉(zhuǎn)換為熱能

3、通過(guò)兩個(gè)已固定的對(duì)接件之間的接觸，將熱量傳遞給透明的對(duì)接件，使之同樣熔化的對(duì)接件，使之同樣熔化。

4、通過(guò)熔化產(chǎn)生的熱膨脹施加焊接所需的焊接壓力。這時(shí)，數(shù)秒鐘之內(nèi)即可在熔斷部分產(chǎn)生焊縫。

紅外線輻射焊接法，可用于聚氯乙烯和低密度聚乙烯。加熱器是碳化硅粘土棒。末端鍍金屬，以利于電氣接觸。也可用電熱石英管作加熱器。這種方法的效率取決于薄膜接合處所能達(dá)到的溫度，也就是說(shuō)與薄膜材料所吸收的輻射熱量有關(guān)。大多數(shù)塑料在輻射波長(zhǎng)3微米時(shí)，其吸收能量最大，相應(yīng)的表面溫度約700℃。在焊接較薄的薄膜時(shí)，溫升速度、最終所達(dá)到的溫度，隨鋪在焊接處的襯墊材料的不同而不同。用壓縮的燈煙或黑紙作襯墊材料，焊接效果較好。雖然該法速度低，商品化生產(chǎn)不夠經(jīng)濟(jì)，但是對(duì)于不易焊接的薄膜卻是很有用的。

紅外焊接是一種非接觸式(無(wú)塵)對(duì)接焊接方法。它主要用于對(duì)焊縫質(zhì)量要求極高的焊接任務(wù)。

除管道工程外，紅外焊接主要用于無(wú)塵車(chē)間和超級(jí)無(wú)塵車(chē)間以及芯片制造和醫(yī)療技術(shù)/制藥等工業(yè)領(lǐng)域。

輻射焊接優(yōu)點(diǎn)

紅外焊接工藝流程與熱元件焊接的相似，但待焊接工件僅通過(guò)吸收紅外射線能量進(jìn)行加熱。與熱元件焊接法相比，紅外焊接法的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、輻射發(fā)生器表面不會(huì)出現(xiàn)材料黏附現(xiàn)象，因?yàn)楹附蛹c紅外發(fā)生器之間沒(méi)有直接接觸÷

2、循環(huán)時(shí)間更短(因?yàn)樗芑瘯r(shí)間段較短)。

3、焊縫的外觀更好(焊縫凸起小)。

4、加熱僅限于焊接區(qū)(例如使用與工件輪廓相同的紅外輻射器)。

與優(yōu)點(diǎn)相對(duì)的當(dāng)然也有缺點(diǎn)。熱元件焊接法可通過(guò)熔化來(lái)補(bǔ)償成型件公差，與之相比，紅外焊接由于缺少補(bǔ)償階段，只能有限地補(bǔ)償公差。

輻射焊接過(guò)程

1、加熱：加熱并使成型件表面熔化(熔化階段)。

2、轉(zhuǎn)換：紅外加熱輻射器駛離焊接區(qū)。

3、對(duì)接：通過(guò)壓力和位移控制系統(tǒng)施加對(duì)接力(高對(duì)接速度是焊縫質(zhì)量的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn))。

4、冷卻：熔化的焊縫范闈冷卻凝固(距離與時(shí)問(wèn)應(yīng)盡可能呈線性關(guān)系)。

通量

在流體運(yùn)動(dòng)中，通量表示單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某單位面積的某屬性量，是表示某屬性量輸送強(qiáng)度的物理量。

輻射通量又稱輻射功率，指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面的輻射能，是以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率，單位為W（瓦），即1W=J/s（焦耳每秒）。它也是輻射能隨時(shí)間的變化率Φ=dQ/dt 。測(cè)量輻射通量的方法一般是由直流電置換輻射通量的等價(jià)置換原理進(jìn)行的。

實(shí)際上，輻射源所發(fā)射的能量往往由很多波長(zhǎng)的單色輻射所組成，為了研究各種波長(zhǎng)的輻射能量，還須對(duì)單一波長(zhǎng)的光輻射作相應(yīng)的規(guī)定。前面介紹的幾個(gè)重要輻射量，都有與其相對(duì)應(yīng)的光譜輻射量，光譜輻射量又叫輻射量的光譜密度，是輻射量隨波長(zhǎng)的變化率：

Φ(λ)=dΦ/dλ （1）

單位為W/μm（瓦每微米）,或W/nm（瓦每奈米）其中波長(zhǎng)為λ的輻射通量與λ值有關(guān)?？傒椛渫繎?yīng)該是各譜段輻射通量之和或輻射通量的積分值。

人眼感受到的輻射通量稱為光通量。

輻射通量密度指單位時(shí)間內(nèi)，單位面積上所接受的輻射能量。又稱輻照通量密度。符號(hào)為E。通常用瓦·米表示。為輻射氣候?qū)W和輻射測(cè)量學(xué)中的一個(gè)基本量。在氣象學(xué)文獻(xiàn)中又常被稱為輻射強(qiáng)度（radiant intensity），但輻射強(qiáng)度嚴(yán)格地說(shuō)應(yīng)為輻射源單位立體角上在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射出的輻射通量。兩者有所區(qū)別。

通過(guò)單位面積的輻射通量，SI單位為瓦/米的平方。等于包含有考慮的位點(diǎn)在內(nèi)的無(wú)限小面積元上照射的輻射通量或輻射功率P除以此面積元的面積。(dP/dS，當(dāng)在考慮的面積上的輻射功率為常數(shù)時(shí)，可簡(jiǎn)化成：E=P/S)。其SI制單位為w/㎡。對(duì)于不被靶物及其環(huán)境所散射或反射的垂直入射的平行光束而言，它和積分通量功率相當(dāng)。

輻射通量密度的峰值

維恩位移定律描述輻射能量峰值波長(zhǎng)隨溫度升高向短波長(zhǎng)的方向偏移，它表明高溫地物發(fā)射波長(zhǎng)較短的電磁波，如火山噴溢出的熔巖流發(fā)射紅光（波長(zhǎng)介于600―700nm）；低溫地物發(fā)射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波；而介于兩者之間的常溫地物，如地物在絕對(duì)溫度為290K時(shí)，則發(fā)射峰值波長(zhǎng)為10μm的熱紅外線。因此，維思位移定律將有助于對(duì)所要探測(cè)的目標(biāo)，選擇傳感器的最佳工作波段。

斯蒂芬-波爾茲曼定律指出黑體輻射通量與其絕對(duì)溫度四次方成正比，M=σT4。

地物的發(fā)射率

上述斯蒂芬濟(jì)爾茲曼定律、維恩位移定律只適用于黑體輻射。但是在自然界中黑體輻射是不存在的，我們所見(jiàn)到的是一般地物，而一般地物的輻射要比黑體輻射小。如果利用黑體輻射的有關(guān)公式，則需增加一個(gè)因子，這個(gè)因子就是波譜比輻射率ε_λ。所謂地物的波譜比輻射率是指地物單位面積上輻射通量M1與同一溫度下同面積黑體輻射通量M2之比值。即

ε_λ=(M₁ (λ₁T))/(M₂ (λ₂T))； M=εσT^4。

一般地物波譜比輻射率不僅與地面種類(lèi)、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān)，而且還與波長(zhǎng)有關(guān)。因此，按波譜比輻射率與波長(zhǎng)的不同關(guān)系，可以把輻射源分成三類(lèi)。

①黑體或絕對(duì)黑體，其ε_λ=1，ε_λ不隨波長(zhǎng)變化。

②灰體，其ε_λ=常數(shù)<1，由基爾霍夫輻射定律可知其波譜吸收率α_λ=ε_λ<1為常數(shù)。

③選擇性輻射體，其ε_λ隨波長(zhǎng)而變化，而且 ε_λ<1，因而波譜吸收率α_λ也隨波長(zhǎng)變化，并且α_λ<1。

表示在同一溫度下，每種輻射體發(fā)射率的情況。其中黑體的發(fā)射率最大（ε=1）。因此，黑體的光譜分布曲線是各種輻射體曲線的包絡(luò)線?；殷w的發(fā)射率是黑體的幾分之一，為一個(gè)不變的分?jǐn)?shù)，當(dāng)灰體的發(fā)射率越接近于1時(shí)，它就越接近于黑體。選擇性輻射體的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化，但是不管在那個(gè)波長(zhǎng)，其發(fā)射率值都比黑體發(fā)射率小即ε_λ<1。

基爾霍夫定律

在紅外遙感系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以把一些紅外輻射體看成灰體（例如人體、噴氣式飛機(jī)尾噴管、無(wú)動(dòng)力空間飛行器、地球背景以及空間背景等），也可以在某些波段內(nèi)把選擇性輻射體看成灰體（如果發(fā)射率ε_λ在這些波段內(nèi)近似不變），這樣就簡(jiǎn)化了計(jì)算工作。

基爾霍夫在研究輻射傳輸過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在任一給定的溫度下，地物單位面積上的波譜輻射通量密度和對(duì)應(yīng)波譜吸收率之比，對(duì)任何地物都是一個(gè)常數(shù)，并等于該溫度下黑體對(duì)應(yīng)的波譜輻射通量密度。這就是基爾霍夫定律。它可寫(xiě)成如下的數(shù)學(xué)形式：M_λ/α_λ=M_λ(黑體)。

這個(gè)定律的含義是，好的吸收體也是好的發(fā)射體。

以下簡(jiǎn)單地討論地物的吸收率α和發(fā)射率ε之間的關(guān)系。

根據(jù)基爾霍夫定律，在一給定的溫度下，任何地物的發(fā)射率，在數(shù)值上等于該溫度下的吸收率。對(duì)于不透明地物來(lái)說(shuō)，公式可寫(xiě)成：ε=1-α。

由上述公式可寫(xiě)成：M=εM_黑=εσT^4

上面公式對(duì)于任何地物的紅外發(fā)射能量都可以采用。該式表明由于紅外輻射能量與溫度四次方成正比，所以只要地物微小的溫度差異，就會(huì)引起紅外輻射能量較顯著變化。這種特征構(gòu)成紅外遙感的理論根據(jù)。該公式還表明地物輻射紅外能量與它的發(fā)射率成正比。