[发明专利]激光焊接设备和激光焊接方法

说明书

发明领域

本发明涉及激光焊接设备和激光焊接方法。本发明具体涉及可适用于具有低激光透射率的材料的激光焊接设备和激光焊接方法。

发明背景

通常希望生产可以机械装配成更为复杂的零件的模塑零件。传统地，塑料零件通过机械手段进行装配例如通过胶合、螺栓或者螺纹将它们连接在一起或者使用卡扣连接。这些方法具有装配过程中增加了附加复杂步骤的缺点。卡扣连接通常不具有气密性和水密性且要求复杂的设计。较新的技术包括振动焊接、摩擦焊接和超声波焊接，但这些也要求复杂的零件设计和焊接设备。此外，这些过程中的摩擦会产生弄脏零件内部的灰尘。当涉及到电敏部件或电子部件时这会成为特别难题。

激光焊接是一种最近发展起来的技术。这种方法可用于连接两个聚合物体(本文中也称作构件或制品)，两个聚合物体对于用于焊接的激光器波长而言具有不同水平的透射率。一个物体对于激光波长而言至少部分透明，同时第二个物体吸收入射辐射的重要部分。制品相互接触而将激光束导向部分透明物体的表面上使其至少部分穿过物体辐照在第二物体的表面上，导致第二物体表面上的聚合物熔化，从而在两个物体之间相互接触并通过激光束辐照的位置处形成联结。

例如，日本已出版的专利申请号60-214931和专利申请号62-142092公开了通过将激光导向相对透明的合成树脂侧而使得不同的合成树脂连接在一起的技术，其中不同合成树脂中的一种树脂对于激光是相对透明的。

日本已出版的专利申请号2001-71384公开了用于激光焊接树脂构件的方法，其中，不吸收所使用波长激光的第一树脂构件和能吸收所使用波长激光的第二树脂构件彼此接触，而随后产生的装配是通过激光从第一树脂构件侧辐照用以将构件焊接在一起。这种方法的特征在于包含第一树脂的第一树脂构件和包含第二树脂的第二树脂构件，在第一树脂内散布有不吸收所使用波长激光的彩色材料，而在第二树脂内散布有吸收所使用波长激光的彩色材料。这种方法可用来制备具有相同颜色的两个构件焊接在一起的焊接制品。相似的方法在日本已出版专利申请号2000-309694、WO 01/044357和日本已出版专利申请号2003-517075中有所描述。但是，着色剂和其它添加剂的添加会对树脂的机械特性产生不利影响。随之产生的材料会强度不足、耐用性不够和/或具有类似特性。

此外，日本已出版专利申请号2001-105499公开了一种技术，在该技术中，传播所使用波长激光且用作热源的树脂构件和不传播所使用波长激光的树脂构件彼此接触，且在透光树脂构件和非透光树脂构件之间的接触位置处形成联结表面，通过导向透光树脂构件侧上激光的辐照加热并熔化联结表面以便将两构件整体联结在一起。这种方法的特征在于，透光树脂构件的透射率等于或大于26％的波长的激光在联结期间用作热源。该参考文献公开了允许透射率树脂构件传播激光时所降低的能量损失特性、发生在联结表面的充分加热和熔化特性以及确保充足的焊接强度特性。

日本已出版专利申请号53-134881公开了一种技术，在该技术中，待激光焊接的聚合物制品在激光焊接之前预热到小于或等于聚合物熔化温度。

在上文所述的激光焊接方法中，部分透明的制品必须传播用于激光焊接波长光线的至少约25％以上。这限制了可用于该种处理的材料范围。

但是，如果激光焊接有可能用于部分透明的制品材料而该制品材料对于焊接所使用波长的光线具有差的透射率(例如低于25％)，则在使用激光焊接时可使用较宽范围的材料以便形成制品。例如，如果激光焊接可以采用较少透射率的材料，则其将在汽车上具有更多的应用。

因此，希望提供一种设备和方法，借助该种设备和方法，不需要添加添加剂或类似材料便可激光焊接具有低激光透射率的材料。

发明概述

简单而言并且根据本发明的一个方面，提供了一种激光焊接设备，在该激光焊接设备中，包括热塑性聚合物的第一构件和包括热塑性聚合物的第二构件彼此接触，且通过激光在第一构件表面上的辐照，使得激光透过第一构件接触第二构件，以及在该激光焊接设备中，第二构件在激光接触第二构件的位置处能够吸收激光，从而将第一构件和第二构件焊接在一起，所述激光焊接设备的特征在于包括：激光辐照装置；用于将第一构件和第二构件夹持或固定在适当位置的固定装置；以及用于在第一构件上形成保护区域的装置。