[發(fā)明專利]激光焊接設(shè)備和激光焊接方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680014477.9
• 申請日: 2006-03-03
• 公開（公告）號: CN101166620A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H·莫里;S·福吉塔;R·科施達
• 申請（專利權(quán)）人: 納幕爾杜邦公司
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉冬;范赤

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光焊接設(shè)備和激光焊接方法。本發(fā)明具體涉及可適用于具有低激光透射率的材料的激光焊接設(shè)備和激光焊接方法。

發(fā)明背景

通常希望生產(chǎn)可以機械裝配成更為復(fù)雜的零件的模塑零件。傳統(tǒng)地，塑料零件通過機械手段進行裝配例如通過膠合、螺栓或者螺紋將它們連接在一起或者使用卡扣連接。這些方法具有裝配過程中增加了附加復(fù)雜步驟的缺點。卡扣連接通常不具有氣密性和水密性且要求復(fù)雜的設(shè)計。較新的技術(shù)包括振動焊接、摩擦焊接和超聲波焊接，但這些也要求復(fù)雜的零件設(shè)計和焊接設(shè)備。此外，這些過程中的摩擦?xí)a(chǎn)生弄臟零件內(nèi)部的灰塵。當(dāng)涉及到電敏部件或電子部件時這會成為特別難題。

激光焊接是一種最近發(fā)展起來的技術(shù)。這種方法可用于連接兩個聚合物體(本文中也稱作構(gòu)件或制品)，兩個聚合物體對于用于焊接的激光器波長而言具有不同水平的透射率。一個物體對于激光波長而言至少部分透明，同時第二個物體吸收入射輻射的重要部分。制品相互接觸而將激光束導(dǎo)向部分透明物體的表面上使其至少部分穿過物體輻照在第二物體的表面上，導(dǎo)致第二物體表面上的聚合物熔化，從而在兩個物體之間相互接觸并通過激光束輻照的位置處形成聯(lián)結(jié)。

例如，日本已出版的專利申請?zhí)?0-214931和專利申請?zhí)?2-142092公開了通過將激光導(dǎo)向相對透明的合成樹脂側(cè)而使得不同的合成樹脂連接在一起的技術(shù)，其中不同合成樹脂中的一種樹脂對于激光是相對透明的。

日本已出版的專利申請?zhí)?001-71384公開了用于激光焊接樹脂構(gòu)件的方法，其中，不吸收所使用波長激光的第一樹脂構(gòu)件和能吸收所使用波長激光的第二樹脂構(gòu)件彼此接觸，而隨后產(chǎn)生的裝配是通過激光從第一樹脂構(gòu)件側(cè)輻照用以將構(gòu)件焊接在一起。這種方法的特征在于包含第一樹脂的第一樹脂構(gòu)件和包含第二樹脂的第二樹脂構(gòu)件，在第一樹脂內(nèi)散布有不吸收所使用波長激光的彩色材料，而在第二樹脂內(nèi)散布有吸收所使用波長激光的彩色材料。這種方法可用來制備具有相同顏色的兩個構(gòu)件焊接在一起的焊接制品。相似的方法在日本已出版專利申請?zhí)?000-309694、WO?01/044357和日本已出版專利申請?zhí)?003-517075中有所描述。但是，著色劑和其它添加劑的添加會對樹脂的機械特性產(chǎn)生不利影響。隨之產(chǎn)生的材料會強度不足、耐用性不夠和/或具有類似特性。

此外，日本已出版專利申請?zhí)?001-105499公開了一種技術(shù)，在該技術(shù)中，傳播所使用波長激光且用作熱源的樹脂構(gòu)件和不傳播所使用波長激光的樹脂構(gòu)件彼此接觸，且在透光樹脂構(gòu)件和非透光樹脂構(gòu)件之間的接觸位置處形成聯(lián)結(jié)表面，通過導(dǎo)向透光樹脂構(gòu)件側(cè)上激光的輻照加熱并熔化聯(lián)結(jié)表面以便將兩構(gòu)件整體聯(lián)結(jié)在一起。這種方法的特征在于，透光樹脂構(gòu)件的透射率等于或大于26％的波長的激光在聯(lián)結(jié)期間用作熱源。該參考文獻公開了允許透射率樹脂構(gòu)件傳播激光時所降低的能量損失特性、發(fā)生在聯(lián)結(jié)表面的充分加熱和熔化特性以及確保充足的焊接強度特性。

日本已出版專利申請?zhí)?3-134881公開了一種技術(shù)，在該技術(shù)中，待激光焊接的聚合物制品在激光焊接之前預(yù)熱到小于或等于聚合物熔化溫度。

在上文所述的激光焊接方法中，部分透明的制品必須傳播用于激光焊接波長光線的至少約25％以上。這限制了可用于該種處理的材料范圍。

但是，如果激光焊接有可能用于部分透明的制品材料而該制品材料對于焊接所使用波長的光線具有差的透射率(例如低于25％)，則在使用激光焊接時可使用較寬范圍的材料以便形成制品。例如，如果激光焊接可以采用較少透射率的材料，則其將在汽車上具有更多的應(yīng)用。

因此，希望提供一種設(shè)備和方法，借助該種設(shè)備和方法，不需要添加添加劑或類似材料便可激光焊接具有低激光透射率的材料。

發(fā)明概述

簡單而言并且根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種激光焊接設(shè)備，在該激光焊接設(shè)備中，包括熱塑性聚合物的第一構(gòu)件和包括熱塑性聚合物的第二構(gòu)件彼此接觸，且通過激光在第一構(gòu)件表面上的輻照，使得激光透過第一構(gòu)件接觸第二構(gòu)件，以及在該激光焊接設(shè)備中，第二構(gòu)件在激光接觸第二構(gòu)件的位置處能夠吸收激光，從而將第一構(gòu)件和第二構(gòu)件焊接在一起，所述激光焊接設(shè)備的特征在于包括：激光輻照裝置；用于將第一構(gòu)件和第二構(gòu)件夾持或固定在適當(dāng)位置的固定裝置；以及用于在第一構(gòu)件上形成保護區(qū)域的裝置。