含氟聚合物的红外线焊接制造技术

一种用于将塑料工件焊接在一起的设备，该设备包括：具有第一和第二表面的加热器部件；用于从第一表面辐射热量的第一加热元件；用于从第二表面辐射热量的第二加热元件；其中第一和第二加热元件的温度被独立控制。提供用于检测焊接位置处的工件温度的温度传感器。最好以非平面的方式布置加热元件，该非平面的方式具有例如抛物线、凸面的或有角度的形状，以便于朝向工件上的焊接位置聚焦、定向或集中辐射热。本发明专利技术具体适用于使得由可熔化处理材料（诸如ＰＦＡ）制成的零件焊接到由不可熔化处理材料（诸如改性的ＰＴＦＥ）制成的零件上。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将非金属的含氟聚合物零件焊接或连接在一起。更具体地说，本专利技术涉及一种用于将两个工件辐射焊接在一起的方法和设备，其中在焊接操作期间可将两个工件加热到不同温度。
技术介绍
一种用于将塑料零件或工件焊接或连接在一起的已知技术是辐射加热，有时被称为红外线焊接或IR焊接。在已知方法中，将工件加热并将它们压在一起然后使之冷却。使用加热器以提供辐射热源，该加热器接近于该工件的待连接在一起的部分。在已知的IR(红外线)焊接系统中存在各种各样的缺陷。其中有不良的可重复性、焊接的不一致性以及长的焊接周期。这可归因于多种因素，大多数因素与这个事实有关，即，焊工必须直观地(在视觉上)确定何时各个工件已被充分加热。例如对于诸如PFA(全氟烷氧基聚合物)的Teflon(聚四氟乙烯)TM类型材料来说，操作者检查工件中的不透明性的变化。这是非常主观的确定并且导致不一致的焊接。已知系统只用于焊接相同材料的两个工件，并且只用于可熔化处理的材料(诸如PFA)。可熔化处理是指材料可被熔化并被进一步加工，该加工例如为注塑或其它的使熔融材料在其中流动的处理技术。在此以前人们认为不可熔化处理的材料不能用已知的IR系统进行IR焊接。已知系统的另一个显著局限性在于，几乎不能控制将工件加热到的程度。对于一般焊接操作来说，通常只有工件的一小部分需要加热。然而已知系统还加热了工件的除焊接位置以外的部分。这样的加热可不利地或不良地影响焊接位置外部的工件的材料特性。此外，在焊接和冷却期间，已知焊接系统通常使用固定装置以固定工件。在冷却期间这些固定装置通常轴向地限制工件的移动，因此在焊接中产生残余应力。仍然存在一种需要，即提供一种用于将塑料零件焊接在一起的辐射焊接方法和设备以形成高质量可重复性的焊接。这样的方法和设备将特别适用于但不仅仅适用于将具有不同熔化和分解温度的不同材料的两个工件焊接在一起。
技术实现思路
本专利技术在一个实施例中构想出一种用于将塑料工件焊接在一起的设备，其中该设备包括具有第一和第二表面的加热器部件；用于从所述第一表面辐射热量的第一加热元件；用于从所述第二表面辐射热量的第二加热元件；其中所述第一和第二加热元件的温度可独立地控制。加热器部件的另一个方面在于，加热元件和/或辐射表面可以构型成将辐射热定向或集中到焊接区域或焊接区的几何形状。在一个实施例中，以抛物面、凸面或其它非平面的方式布置加热元件。依照本专利技术的另一个方面，焊接系统独立地或联合地包括用于加热元件的温度传感器和用于检测焊接位置处的工件温度的温度传感器。依照本专利技术的另一个方面，待焊接的工件被安装在固定装置上，该固定装置有助于合格的焊接的形成。依照本专利技术的这个方面，在后焊接期间，允许至少一个工件相对于另一个工件轴向地并自由地移动。该自由移动使得焊接位置可在焊接位置处不产生残余应力地冷却。在本专利技术的一个实施例中，使用一种固定装置，该固定装置在焊接操作的一部分期间保持该工件并且在焊接和冷却期间轴向地松释工件。从以下结合附图所作的对本专利技术的详细描述中，可容易地理解本专利技术的这些和其它方面及优点。附图说明图1是本专利技术所涉及的焊接系统的功能框图；图2A-2D分别是本专利技术所涉及的加热器部件组件的侧视图、正视图、顶视图和等距视图；图3A-3G是本专利技术所涉及的标准焊接操作的简化的略图；图4A和4B本专利技术所涉及的对于不同尺寸零件的加热器部件的加热效果的简化示意图；图5A和5B是可用本专利技术执行的示范性焊接工序的软件流程图； 图6和图7是本专利技术所涉及的示范性工件加热曲线的温度vs.时间视图；图8A-8C示出了本专利技术所涉及的固定装置概念的第一实施例；以及图9A-9D示出了本专利技术所涉及的固定装置概念的第二实施例。具体实施例方式图1的示范性功能框图中示出了用于含氟聚合物零件的非接触辐射加热和焊接的焊接系统10。虽然在文中是具体参考PFA零件与改性的PTFE零件的焊接(也就是，可熔化处理的材料与不可熔化处理的材料之间的焊接)而描述本专利技术的，但是它们只不过是可用体现本专利技术各个方面中一个或多个方面的设备和方法来焊接的含氟聚合物的两个例子。本专利技术还可用于将相同材料焊接在一起(例如，可熔化处理的材料例如PFA制成的零件与可熔化处理的零件之间的焊接，或不可熔化处理的材料例如改性的PTFE制成的零件与不可熔化处理的零件之间的焊接)。本专利技术考虑了多种具体表现在焊接系统10的方法和设备中的显著特征，每个特征都既可独立使用又可以与本专利技术的其它特征任意结合的方式使用。通常，这些特征具体表现在(但又不局限于)新型加热器单元和基于以下一种或多种条件而控制焊接操作的控制系统加热元件的温度、焊接位置的工件温度、以及工件的位置控制。新型加热器单元包含两个截然不同的方面或特征，该方面或特征通常为1)至少两种加热元件的分开的和独立的温度控制；2)聚焦的或定向的辐射加热。控制系统的另一个方面是对于每个工件可使用可选择的加热曲线。虽然在文中是用焊接不同材料的两种工件的示范性实施例来描述本专利技术的，但是本领域普通技术人员应该容易地理解，本专利技术的各个方面都可用于将相同材料的工件焊接在一起。另外，虽然文中具有多个备选实施例或例子，但是没有打算(并且也不能)将这样的例子看作是详细的列示。不管文中是否明示，本领域普通技术人员都应该容易地理解对于所述实施例的各种不同的与电有关的、机械的和材料的改变，而且在没有脱离本专利技术的精神和保护范围的情况下可作这样的改变。接着参考图1，图1示出了体现本专利技术各个方面的辐射焊接系统。应在其最广的意义上理解文中所涉及的“焊接”，也就是，通过施热来连接或结合两个工件。本专利技术是指在不使得工件与热辐射表面直接接触的情况下，通过从辐射表面将热传输到工件的辐射或IR加热技术。这确保了清洁的焊接。系统10包括控制电路12、加热器部件组件14和固定平台或框架16(未示出)。可以以许多形式获得控制电路12，如本领域普通技术人员所公知的，该形式包括分立电路、集成电路、模拟和/或数字电路等等。在图1的示范性实施例中，控制电路12包括数字控制器18，该数字控制器18可为任何适合的微控制器或其它数字控制器装置或电路。在焊接操作期间控制器18执行多种控制功能。这些功能包括1)控制工件W1和W2相对于彼此的相对位置；2)控制加热器部件组件14相对于工件的位置；3)控制供应到加热器部件组件14中的加热元件20、22的功率；4)接收并处理各种涉及工件和加热器的位置的反馈信号以及温度反馈信号；以及5)依照一个或多个存储程序、控制参数、加热曲线和操作者输入而执行焊接操作。可用常规伺服控制器执行工件W1和W2以及加热器部件14的位置控制，然而，也可使用其它任何适合的位置控制技术。控制电路12可通过第一和第二工件位置伺服机构24、26使得工件W1和W2移动和定位。例如可使用从IDS得到的诸如零件B8001等适合的伺服控制器。第三位置控制器25用于使得加热器部件14移动和定位。例如，可将加热器部件14安装在由气缸25控制的可移动的臂上，以使得加热器部件14可在工件W1和W2附近的缩进位置或初始位置与延伸位置或焊接位置之间移动。或者，可将加热器部件14固定在适当位置上。对加热器部件14的位置控制的考虑可使得当不在使用中时，可以以远离人员的方式安全地缩进加热器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将含氟聚合物工件焊接在一起的设备，其包括：具有第一和第二表面的加热器部件；用于从所述第一表面辐射热量的第一加热元件；用于从所述第二表面辐射热量的第二加热元件；所述第一和第二加热元件的温度被独立控制。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GA埃文斯，
申请(专利权)人：斯瓦戈洛克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]