塑料熱板焊接 VS 紅外焊接

熱板焊接和紅外焊接屬于塑料焊接的兩種不同工藝。在熱板焊接中，加熱板與零件接觸；而在紅外焊接中，紅外熱源則不與零件接觸。

兩種塑料焊接技術最近都獲得了巨大的發展，并且越來越受歡迎。通過伺服驅動，對模具位置、速度、力和加速度實現了精確控制，同時加強了過程控制和數據采集功能。此外，設備型號多樣化，為工程師提供更多的選擇。

紅外焊接采用非接觸加熱方式，解決了熱板焊接的一項重大挑戰，即避免塑料或者玻纖粘附到加熱板表面。當然，兩種焊接工藝有各自的優缺點。

兩種工藝通常用于需要高強度或者高密封性的產品，適合焊接大型、具有復雜幾何形狀的零件，尤其是腔體產品，例如水箱等。

對于塑料焊接，有三種加熱方式：傳導、對流和輻射。熱板焊接主要是熱傳導方式，而紅外焊接主要是熱輻射方式。

熱板焊接過程包含三個關鍵步驟：(1)熔化階段；(2)打開階段：(3)密封階段。

操作順序如下：

1. 操作員（或自動化機械）將要焊接的上下零件分別裝入上下模具。

2. 焊接循環開始，加熱板移動到上下模具之間，然后上下模具移動靠近加熱板，此時上下零件的焊接筋與加熱板接觸，塑料開始熔化。（熔化階段）

3. 達到熔化結束條件后，上下模具退回，加熱板縮回。（打開階段）

4. 上下模具壓緊，此時上下零件焊接筋相互接觸和擠壓，以實現焊接。（密封階段）

5. 當塑料冷卻凝固后，上下模具打開，取出焊接完成的組件。

紅外焊接與熱板焊接過程基本一致，差異在于熔化階段，紅外熱源與零件無接觸。

采用熱傳導方式對焊接筋進行加熱。熱量從加熱板出來，通過接觸直接傳導到焊接筋。從零件表面開始，并逐漸傳導到焊接筋更深的位置。

在熔化階段，要優化加熱時間，產生足夠的熱量，獲得最佳的材料軟化深度。在密封階段，要優化塌陷距離和壓力，以獲得最佳的焊接強度和密封性能。

該塌陷深度稱為熱影響區（HAZ），實際上可以在高倍放大鏡下測量。如果熱影響區太小，則意味著焊縫處擠出了過多的熔融材料，上下零件的冷態區域進行了連接，會導致焊接強度弱和密封性能差。如果熱影響區太大，則在密封階段施加的壓力可能不足，導致焊接強度不足。

采用紅外熱輻射對焊接筋進行加熱。紅外熱源發出的能量光波，在焊接筋表面被吸收。表面吸收的熱量通過熱傳導進入焊接筋更深的位置。

紅外焊接過程中一個重要參數是加熱速率。熱塑性材料在加熱時熔化并流動。如果加熱太快，材料則會降解，發生燃燒或炭化的危險。許多塑料紅外焊接時，塑料表面吸收紅外熱量迅速，但是內部熱量傳導卻較慢，容易導致塑料表面過熱降解。紅外焊接與熱板焊接一樣，必須保證焊接筋有足夠的材料軟化深度，才能獲得可靠的焊接性能。

材料吸收紅外輻射的速率與三個特性有關：吸收率，透射率和反射率。這些特性受材料類型、顏色，填料和其它因素的影響。另外，紅外燈管輻射的能力（波長和功率），也影響熱輻射傳遞的效率和加熱速率。

紅外光波到達塑料表面的能量密度也會影響加熱速率。該能量密度與兩個因素有關：(1) 紅外熱源與加熱表面的距離；(2) 紅外能量聚焦方式。

簡而言之，有許多因素影響塑料吸收紅外的速度，關鍵是控制該速度避免材料過熱降解。

例如，具有高玻纖含量的黑色不透明材料，表面吸收紅外速度很快，但是材料內熱傳導速度不快，因此容易導致外表面過熱。白色不含玻纖的材料，材料內熱傳導速度大于表面紅外吸收速度，因此無表面過熱風險。不過，其整個焊接時間會更長。

熱板焊接和紅外焊接之間另一個區別，是在加熱階段焊筋是否有塌陷位移。

在熱板焊接的熔化階段，因為上下零件的焊筋與加熱板之間接觸，所以上下模具和熱板壓緊時，焊筋有一定的塌陷位移。這個位移對焊接是一件好事：對上下焊筋表面進行精確整形，促使上下件焊筋更接近設計形狀且相互匹配。避免零件變形對焊接均勻性的影響。

因為上下焊筋表面彼此均勻貼合，所以在密封階段施加焊接壓力時，整圈焊筋上壓力分布均勻。均布的焊接壓力對產生高強度、高密封性的焊縫至關重要。