[發明專利]用于連接成形塑料體的激光透射焊接方法

有效

• 申請號: 201210225319.5
• 申請日: 2007-04-05
• 公開（公告）號: CN102765194A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 托馬·克賴舍;弗朗茨·庫格爾曼
• 申請（專利權）人: 弗雷澤紐斯醫療保健德國有限公司
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 昝美琪

本發明涉及一種激光透射焊接方法，尤其是將塑料制管部件焊接成大致管狀體的激光透射焊接方法，例如，其它管部件、連接器、設備、搭扣等。

原則上，正確連接塑料制成形體，尤其是不同塑料制成形體存在各種可能性。例如，兩個成形體可通過粘合劑粘接或焊接方法彼此連接。

對于焊接方法，除了IR焊接（例如，參見WO?2005/080067）之外，近來集中檢驗了通過激光輻射的焊接。

借助于激光的焊接方法的基本物理原理要求至少一部分施加的激光被要彼此連接的兩個成形部分的至少之一的材料吸收，至少吸收至使得其可轉換為熱量的程度，并且使得被激光加熱的點的材料通過加熱變成流體，使其能夠連接到第二成形部分的塑料材料上。

限制焊接方法的參數為使用的激光的波長和塑料在該波長的吸收性能。特別地，在這種情形下，在可見光范圍（400-750納米）內或紅外范圍內使用具有610-840納米波長的高能二極管激光和具有約1050納米波長的Nd:YAG固態激光。但是，常常還可使用具有約11000納米波長的CO₂氣體激光。

塑料的吸收特性極大地依賴于所用激光輻射的波長，從而其加工也極大地依賴于所用激光輻射的波長。塑料的不均勻性（例如色素、填充料或加強材料）以及在局部結晶塑料情形下的結晶結構分散了輸入的輻射，尤其是減小了進入塑料的輻射滲透深度。

當激光束照在要加熱的塑料件上時，激光輻射會反射、吸收和透射不同的程度。按照所謂的Bouguer法律，根據深度描述滲透進塑料的輻射強度降低。在這種情形下，輸入強度隨著材料深度呈指數形降低。

由于塑料輻射熱產生的熱分解，特別會出現問題，尤其是通過CO₂激光時。塑料部件的表面溫度通常快速升高，這與塑料的弱導熱性相關，其中存在熱材料分解的風險。[例如，在H.Potente等人的“Laserschweiβen?von?Thermoplasten”(Plastverarbeiter?1995,No.9,page?42ff.)、F.Becker等人的“Trends?bei?Serienschweiβverfahren?in?Kunststoffe?87”(1997,page?11ff.)和H.Puetz等人在Modern?Plastics(1997,page?121ff.)中公開了激光焊接方法的原理]。

例如，通過混合吸收劑，可控制在一定波長對激光是透明的聚合物或塑料的吸收性能，從而可控制其透射。例如，這種吸收劑可為碳黑，也可為近年來發展的特種染料。

具有這種可控吸收性能的一系列染料可在商業上獲得，其特別發展為混合在聚合混合物中，以便在規定的波長能夠激光焊接。為此，還可使用I.A.Jones等人在“Use?of?infrared?dyes?for?Transmission?Laser?Welding?of?Plastics”(Tech2000Conference?Proceedings,page?1166ff.)中公開的染料。

與其它焊接方法相比，一種特殊形式的激光焊接方法，即激光透射焊接方法具有可快速和有效焊接幾何形狀更加復雜的連接表面的優點。在將管件焊接到如連接器、安裝件等上的情形下，必須始終通過激光束照射一個連接件，即，為了激光輻射不被吸收。第二連接件或第二連接件的部分必須能夠吸收產生熱量的激光。通常從連接件的外面實施照射。

例如，EP?1552916?A1描述了通過激光焊接方法連接管狀體，但是，其中為了可以不連接的方式焊接兩個三維部件，激光必須繞著管狀體的連接部位旋轉，這需要復雜的設備和機構。

US?2003/0141634描述了醫用激光焊接管，其中，在具有多層結構的管中，每層都包括激光吸收材料。這里，同樣，每個管或者整個激光透射設備都必須進行旋轉運動，以便可在管的整個圓周上將其彼此焊接。

DE?10245355?A1描述了通過套筒連接管元件。在所述的激光透射方法中，管部分、所謂的連接器和套筒彼此焊接。這樣，同樣，其焊接必需持續繞著整個圓周的激光束，這只能通過旋轉激光裝置或要焊接的管來實施。

WO?2005/063469公開了可通過所謂套筒彼此連接的管件。管與套筒之間的連接通過含有在700至2500nm為吸收劑的材料的連接材料實施。這樣，激光焊接操作必需激光或要焊接的管的旋轉運動。