[发明专利]用于连接成形塑料体的激光透射焊接方法

说明书

本发明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，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.)中公开了激光焊接方法的原理]。

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 of infrared dyes for Transmission Laser Welding of Plastics”(Tech2000Conference Proceedings,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 A1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 A1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。