用于连接成形塑料体的激光透射焊接方法技术

本发明专利技术涉及用于将管件连接到管状体的设备，还涉及用于将管件连接到管状体的焊接方法，其中所述管件的管壁由彼此不同的至少两个材料层构成，这些层中的一层至少部分地含有吸收激光辐射的物质，包括下列步骤：提供无PVC的管件和管状体，将所述无PVC管件与所述管状体彼此有效插入，使得所述管件和所述管状体的表面区域重叠，使用规定波长的激光辐射照射所述管件与所述管状体的所述重叠表面区域，其中，在该激光焊接方法中，不必移动所述连接件或该设备的零件。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光透射焊接方法，尤其是将塑料制管部件焊接成大致管状体的激光透射焊接方法，例如，其它管部件、连接器、设备、搭扣等。原则上，正确连接塑料制成形体，尤其是不同塑料制成形体存在各种可能性。例如，两个成形体可通过粘合剂粘接或焊接方法彼此连接。对于焊接方法，除了 IR焊接(例如，参见WO 2005/080067)之外，近来集中检验了通过激光辐射的焊接。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连接的两个成形部分的至少之一的材料吸收，至少吸收至使得其可转换为热量的程度，并且使得被激光加热的点的材料通过加热变成流体，使其能够连接到第二成形部分的塑料材料上。 限制焊接方法的参数为使用的激光的波长和塑料在该波长的吸收性能。特别地，在这种情形下，在可见光范围(400-750纳米)内或红外范围内使用具有610-840纳米波长的高能二极管激光和具有约1050纳米波长的Nd:YAG固态激光。但是，常常还可使用具有约11000纳米波长的CO2气体激光。塑料的吸收特性极大地依赖于所用激光辐射的波长，从而其加工也极大地依赖于所用激光辐射的波长。塑料的不均匀性(例如色素、填充料或加强材料)以及在局部结晶塑料情形下的结晶结构分散了输入的辐射，尤其是减小了进入塑料的辐射渗透深度。当激光束照在要加热的塑料件上时，激光辐射会反射、吸收和透射不同的程度。按照所谓的Bouguer法律，根据深度描述渗透进塑料的辐射强度降低。在这种情形下，输入强度随着材料深度呈指数形降低。由于塑料辐射热产生的热分解，特别会出现问题，尤其是通过CO2激光时。塑料部件的表面温度通常快速升高，这与塑料的弱导热性相关，其中存在热材料分解的风险。。例如，通过混合吸收剂，可控制在一定波长对激光是透明的聚合物或塑料的吸收性能，从而可控制其透射。例如，这种吸收剂可为碳黑，也可为近年来发展的特种染料。具有这种可控吸收性能的一系列染料可在商业上获得，其特别发展为混合在聚合混合物中，以便在规定的波长能够激光焊接。为此，还可使用I.A. Jones等人在“Use ofinfrared dyes for Transmission Laser Welding of Plastics，， (Tech2000ConferenceProceedings, page 1166ff.)中公开的染料。与其它焊接方法相比，一种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几何形状更加复杂的连接表面的优点。在将管件焊接到如连接器、安装件等上的情形下，必须始终通过激光束照射一个连接件，即，为了激光辐射不被吸收。第二连接件或第二连接件的部分必须能够吸收产生热量的激光。通常从连接件的外面实施照射。例如，EP 1552916 Al描述了通过激光焊接方法连接管状体，但是，其中为了可以不连接的方式焊接两个三维部件，激光必须绕着管状体的连接部位旋转，这需要复杂的设备和机构。US 2003/0141634描述了医用激光焊接管，其中，在具有多层结构的管中，每层都包括激光吸收材料。这里，同样，每个管或者整个激光透射设备都必须进行旋转运动，以便可在管的整个圆周上将其彼此焊接。DE 10245355 Al描述了通过套筒连接管元件。在所述的激光透射方法中，管部分、所谓的连接器和套筒彼此焊接。这样，同样，其焊接必需持续绕着整个圆周的激光束，这只能通过旋转激光装置或要焊接的管来实施。WO 2005/063469公开了可通过所谓套筒彼此连接的管件。管与套筒之间的连接通 过含有在700至2500nm为吸收剂的材料的连接材料实施。这样，激光焊接操作必需激光或要焊接的管的旋转运动。因此，从现有技术获知的激光焊接方法是有缺陷的，特别是必须始终通过激光照射要连接在一起的两个成形件之间的连接表面时。这要求要彼此连接的表面可从所有的侧面易于接近。通常，某些部件的几何形状不允许全向照射。通常，由于其几何形状，无法实施各自部件的旋转，结果，在许多情形下，迄今无法进行激光焊接。因而，本专利技术的目的是一种克服现有技术上述缺陷的激光透射焊接方法，特别是能够使要彼此连接的两个成形件进行完全的全向焊接而无需旋转。本专利技术的另一目的是提供一种设备，通过该设备可快速地焊接要彼此连接的两个成形件，而无需旋转该设备的零件或要焊接的零件。根据本专利技术，其目的通过用于焊接包括管件和管状体的两个连接件的设备来实现，所述设备包括激光和镜子，所述激光、所述连接件和所述镜子可布置成使得所述激光的光束照射在所述连接件上，然后照射在所述镜子上，其中，所述镜子部分地具有中空圆筒的内表面的轮廓。通过该设备的帮助，可更加均匀地照射含有所述吸收物质的层。不会出现管的局部区域的过热，焊缝变得更加均匀。在优选实施例中，所述激光的光束在光束部分发散，并且所述发散光束部分首先照射在所述管件上，然后照射在镜子上。该实施例的优点在于对含有吸收物质的层的照射更加均匀。通常，通过激光束照射要连接的连接件，连接件为管件或管状体。另一方面，在焊接期间，由于散射和反射效应，提供的激光能量损失了大部分。所有未垂直入射在管表面上的光线都会偏转，超过一定的极限角，光束会经历全反射，在连接件的焊接中不起作用。另夕卜，要渗透的材料的激光吸收层远大于边缘区域，因此其应用于下方区域的能量较少。通过光束在镜子上的反射，利用了由于反射或透射的能量，否则将损失掉。在镜子上反射的光束可重新照在管材料上，如此可用于焊接操作。镜子的轮廓描述了中空圆筒的内表面部分。不在全圆柱形轮廓一侧的孔用作入射激光束的入孔。中空圆筒的理想轮廓可有微小的变化。所以中空圆筒的横截面可以不是圆形的，而是椭圆的。在本专利技术的范围内，如果激光束横截面沿着光束方向变大，那么激光束是发散的。在使用所述设备进行焊接操作的情形下，该布置的优势在于，管件包括吸收物质的层的所有区域都可被均匀地照射。从而保证了包含吸收物质的层之间的温度差小。所述镜子优选由铝或铝合金构成。已经发现，特别地，由抛光铝制成的镜子具有最佳的反射特性。由钢制成的镜子会发热至非常高的程度，并有微小的反射。由黄铜制成的镜子同样会发热，也反射一部分辐射。随着镜子表面由于热量逐渐变钝，反射效果降低。但是，表面通过抛光可恢复良好的反射。所述中空圆筒的直径优选在5与25mm之间，更优选为20mm。所述镜子表面与所述连接件表面之间的距离不应当过大，以使反射在镜子上的光能不会辐射大部分，并不渗透过所述连接件。另外，优选地，具有达13_的总直径的管子可通过该设备焊接。具有更大直径的管子通常具有更大的壁厚度。特别地，不含吸收物质的层更厚。该层具有更大的热吸收能量。通过该更大的热吸收，从焊接处理去除了热量，结果可出现焊缝缺陷。管子尺寸和镜子表面与连接件表面之间的距离为与中空圆筒直径相关的限制因素。优选地，在根据本专利技术的设备中，使用具有从750至IOOOnm波长、优选为808nm波 长的二极管激光。所述激光具有从380至520W的功率，优选具有500W的功率。通过所述二极管激光，能够产生可会聚和发散的激光束。在该情形下，所述激光称为“散开式二极管阵列激光”。另外，所述激光的功率和由所述激光发生的光的波长对于焊接处理是最佳的，使得没有焊缝缺陷，并且聚合物材料不会变得过热。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于焊接包括管件和管状体的两个连接件的设备，所述设备包括激光和镜子，所述激光、所述连接件和所述镜子能够布置成使所述激光的光束照射在所述连接件上，然后照射在所述镜子上，其特征在于，所述镜子部分地具有中空圆筒的内表面的轮廓。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托马·克赖舍，弗朗茨·库格尔曼，
申请(专利权)人：弗雷泽纽斯医疗保健德国有限公司，
类型：发明
国别省市：