专利名称：用于制造透镜的器件、装置、该装置的器件及用于实施该方法的联接件的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过施加激光焊接操作来制造器件的方法。本发明还涉及此种器件并 且涉及此种器件的元件。借助示例，此种元件是适合于用在对流体输送回路的部件进行制 造的领域中的联接件，该部件例如是用于输送或接收流体的部件。
背景技术：
激光焊接是如今广泛用于将由不能透过激光辐射的材料制成的元件和由能透过 激光辐射的材料制成的元件固定在一起的固定方法。当这些元件经受聚焦于这些元件之间 的相互接触区域中的此种辐射时，不透元件在激光辐射的影响下升温，且通过传导还对可 透材料进行加热。如果辐射能量足够，则此种加热致使辐射聚焦点附近的材料局部熔融。通 过使元件相对于辐射聚焦点运动而形成焊道。激光辐射来自于如下光学组件该组件包括辐射源和一个或多个用于使激光辐射 聚焦的透镜。借助示例，辐射源可以由激光二极管构成。该聚焦透镜用于使辐射聚焦在所 希望的焊接区域，并且可选地可运动以产生焊道。聚焦透镜在激光二极管用作辐射源时尤 其有用，这是由于激光二极管产生的光束扩散的程度比由钇铝石榴石(YAG)或CO2类型的 传统激光所产生的光束要高。聚焦透镜通常由能透过辐射的材料制成，然而其不可避免地 包括与激光辐射相互作用的杂质，由此最终致使透镜的光学性能退化，从而需要替换透镜。 通常设有透镜冷却器装置，从而避免透镜在激光辐射的作用下加热，这是由于这会产生使 透镜损坏的风险。透镜应尽可能靠近焊接区域，然而这产生透镜被压平的风险，并且难于使 焊接在一起的元件运动和执行维护操作。透镜运动是复杂的，并且需要使用诸如镜子和棱 镜之类的可动光学元件，这些可动光学元件用于将来自辐射源的辐射传送至透镜。为了解决上述问题，已知的是使焊接所用的元件相对于透镜运动。然而，此种运动 有时并不可能，尤其是当用于组装在一起的其中一个透镜沿至少一个方向具有大尺寸时。 上述情形适用于例如当将联接件焊接于几米长的管的端部时的情形。此外，在元件的尺寸从一个系列元件变化成另一系列的元件时需要对聚焦进行调 整，从而适应于新系列的尺寸。发明目标本发明的目标在于提出能避免上述缺点中的所有或一些缺点的装置。
发明内容
为此，本发明涉及一种对通过激光焊接组装在一起的第一和第二元件进行制造的 方法，该第一元件由如下材料制成该材料至少部分地不可透过激光辐射，而第二元件由如 下材料制成该材料可透过激光辐射，且该第二元件包括用于使辐射朝第一元件进行折射 的透镜，从而当第一元件和第二元件被施加成彼此抵靠并且激光辐射引导朝向透镜时，使 第一元件焊接至第二元件。
在本发明方法的较佳实施例中，具有包括通过接触表面彼此接触的第一元件和第 二元件的器件，该方法提供以下步骤由如下材料制成第一元件的本体该材料使本体至少在接触表面处至少部分地不 可透过激光辐射；由如下材料制成第二元件的本体该材料使本体至少在接触表面和用于使激光辐 射能进入本体的入口表面之间可透过激光辐射，将本体的一部分设置成形成至少一个用于 对激光辐射进行折射的透镜；以及将第二元件的接触表面施加成抵靠于第一元件的接触表面，并且使至少一个激光 辐射源引导朝向第二元件的入口表面，从而使第一元件的接触表面熔融并将第二元件焊接 至第一元件，透镜形成部分设置成将激光辐射定形在接触表面上的至少一个激光辐射冲击 区域中。对第一表面的接触表面进行加热和熔融通过传导作用成对第二元件的接触表面 进行加热和熔融。术语“成形”用于表示适合于对激光辐射在激光辐射冲击接触表面的区 域中的形状、密度或能量分布进行改变的任何光学处理。在本发明的方法中，透镜直接包含 在用于焊接在一起的其中一个元件中。因此，透镜放置成尽可能靠近焊接区域，然而不会妨 碍元件为焊接在一起而进行的运动或者妨碍维护操作。此外，仅仅使用透镜一次，于是该透 镜不会遭受显著的磨损。此种透镜的光学性能无需与传统的外部透镜的光学性能一样好。 使透镜包含在第二元件中能至少部分地对这些元件相对于辐射源的所有六个自由度中的 相对定位误差进行校正，由此增强该方法相对于此种定位误差和相对于元件的尺寸变化的 容忍度。未通过透镜的辐射还用于提高第一元件的温度，并且用于使焊接区域和非焊接区 域之间的接触表面处的温度梯度减小。有利的是，透镜形成部分设置成使激光辐射集中在冲击区域中。因此，该透镜能进行点焊。在具体的实施例中，透镜形成部分设置成产生多个焊点。因此，该透镜能自单个辐射源同时实现多个焊点。在这些情形中，透镜形成部分较佳地设置成焊点交迭，且较佳的是每个焊点在形 状上是细长的。以此方式设置的透镜能实施连续焊接。较佳的是，激光辐射的横向尺寸大于透镜形成部分的最大横向尺寸。因此，这足以使施加成彼此抵靠的元件运动通过激光辐射，第二元件定向成面向 激光辐射，且不管元件相对于激光辐射的角度定形如何。因此可执行一系列焊接，与此同时 使在元件相对于激光辐射的定位方面的限制最小。本发明还提供一种根据本发明方法而获得的器件，该器件至少包括第一元件和第 二元件，第一元件和第二元件通过接触表面彼此接触并且在该接触表面处焊接在一起，该 器件的特征在于第一元件具有由如下材料制成的本体该材料至少在接触表面处至少部分地不可 透过激光辐射；以及 第二元件具有由如下材料制成的本体该材料使本体至少在接触表面和用于使激 光辐射能进入本体的入口表面之间可透过激光辐射，本体包括形成至少一个透镜的部分，该透镜用于使所述激光辐射朝第一元件的接触表面折射。 本发明还提供在制造此种器件中所使用的元件，所述元件具有由如下材料制成的 本体该材料可透过该本体所经受的激光辐射，且该材料至少在用于使激光辐射能进入本 体的入口表面和激光辐射的出口表面之间可透过该激光辐射，该本体包括形成至少一个透 镜的部分，该透镜对激光辐射进行折射，从而使激光辐射冲击区域形成在另一元件的接触 表面上，且该另一元件的接触表面施加成压靠于激光辐射的出口表面。本发明还提供一种包括本体的联接件，该本体限定用于接纳管端的腔室，且该本 体由如下材料制成该材料可透过本体所经受的激光辐射，且该材料至少在本体的外表面 和腔室的壁之间可透过激光辐射，该本体包括形成至少一个透镜的部分，该透镜用于对激 光辐射进行聚焦，从而使激光辐射冲击区域形成在接纳于腔室中的管端的外表面上。在阅读本发明的特定、非限制性实施例的以下说明之后，本发明的其它特征和优 点会显现出来。
参照附图，附图中图1是示出本发明方法的第一实施例的焊接操作的原理的示意立体图；图2是图1的剖面II上的示意剖视图；图3是与图1类似的图，示出第一变型实施例；图4是与图1类似的图，示出第二变型实施例；图5是与图1类似的图，示出本发明方法的第二实施例的焊接操作的原理；图6是图5的剖面VI上的示意剖视图；图7是示出第三实施例中焊接操作的示意立体图；图8是示出将第一实施例应用于将联接件焊接在管端上的立体图，在联接件的左 侧部分示出第一变型，而在右侧部分示出第二变型；以及图9是图8的剖面IX上的局部剖视图。
具体实施例方式参照图1和2，本发明的方法用于制造包括至少第一元件1和第二元件2的装置， 这两个元件在此呈板的形式并且通过接触面3、4彼此接触。本发明包括对元件1和2进行制造的步骤，以及借助激光辐射将这两个元件1和 2焊接在一起的步骤。本发明的方法通过对元件1和2进行制造开始。在该示例中，使用如下传统方法来制造第一元件1 将热塑材料注入模具(未示 出)，以形成第一元件1的本体。所使用的材料是无法透过激光辐射的材料。在该示例中，使用如下传统方法来制造第二元件2(为了更清楚起见，在图1中示 作透明并且还以立体图示出)将热塑材料注入模具(未示出)，以形成第二元件1的本体。 所使用的材料是能透过激光辐射的材料。该模具具有设置成在第二元件2的本体的部分5 上形成透镜6的空腔，这些透镜6用于使所述激光辐射聚焦。透镜6存在于本体的与接触 面4相对的表面7上，并且在该实施例中平行于该表面。
所使用的热塑材料通常适合于彼此焊接。具体地说，对于两个元件使用相同的材 料。此种材料自然能透过激光辐射，通过在其内包含诸如炭黑的充填物使用于第一元件的 材料不可透。一旦已制造好元件1和2，则使第二元件2的接触表面4抵靠于第一元件1的接触 表面3。在该示例中是激光二极管带的激光辐射源8引导朝向表面7。激光辐射具有红外 类型，并且包括多个平行光束，每个光束引导朝向透镜6中的相应的一个透镜。每个透镜6 使激光辐射聚焦在第一元件1的接触表面3上，从而使第一元件1的接触表面3熔融。通 过传导将以此方式产生的热量传递至第二元件2的接触表面4，由此使所述第二接触表面4 熔融，并将第二元件2焊接至第一元件1。施加在这些元件上的力用于对材料的互相渗透和 它们的大分子链的缠结进行控制。应观察到的是，表面7形成用于使激光辐射能进入第二元件2的入口表面，而接触 表面4形成使激光辐射能离开第二元件的出口表面。在该示例中，每个透镜6具有凸形，以使激光辐射集中于接触表面3的较小区域 上，从而在使用相对低功率的同时使熔融能快速发生。更确切地说，每个透镜6具有比其高 宽的椭圆形轮廓，从而通过使能量集中于冲击区域的中心，而对激光辐射在激光辐射于接 触表面3上的冲击区域中的能量分布进行改变。因此，透镜6产生多个彼此隔开的熔融点。透镜6可以在形状上平行于表面7并且是细长的，从而元件之间的相对运动和激 光辐射则用于使整个透镜6经受激光辐射。通过使激光辐射源沿透镜6运动，或者通过使 元件相对于激光辐射源运动，而获得相对运动。这能获得连续焊接。在一变型中，如图3所示，激光辐射产生为呈矩形截面的单个光束的形式，且单个 光束覆盖多个透镜6。在图4所示的另一变型中，激光辐射沿相对于接触表面3、4倾斜的方向发射到透 镜6上。在下文的对第二和第三实施例的描述中，给予与那些上述元件相同或类似的元件 以与上述元件相同的附图标记。在图5和6所述的第二实施例中，透镜6具有凹形以使它们传递的激光束扩散，从 而产生部分交迭的焊点以形成连续焊接。在图7所示的第三实施例中，透镜6在形状上是细长的，并且沿闭合线延伸。因此， 透镜6具有待产生的焊道的形状。激光辐射源设置成形成(该示例中)呈矩形截面的板的 形式的激光辐射，从而激光辐射具有的横向尺寸A(矩形截面的长度)大于形成透镜6的部 分5的最大横向尺寸B。这能通过使叠置的元件1和2行进通过激光辐射而产生焊道，而无 需使元件沿任何具体方向进行定向。在该示例中的尺寸A等于器件的最大尺寸。施加成彼此抵靠的元件1和2放置在 通过辐射源下的传送带30。传送带30在该示例中具有边缘31，这些边缘隔开与尺寸A相 等的距离。 应理解的是，由元件1和2形成且其中元件2面向激光辐射源的器件能以任何定 向放置在传送带上。下文描述如何将本发明的第一实施例的方法施加于联接件。
本体21由能透过激光辐射的材料制成，在执行制造方法时，该本体经受激光辐 射。该材料至少在本体的外表面24和腔室22. 1,22. 2的壁25. 1,25. 2之间能透过激光辐 射。本体21包括形成至少一个透镜26的部分，该透镜26用于将所述激光辐射聚焦到壁 25. 1,25. 2 附近的腔室 22. 1、22. 2 中。在该示例中，在本体1的每端处存在两个透镜26，每个透镜呈凸环隆起的形式，并 且用于使激光辐射聚焦并使激光辐射沿壁25. 1,25. 2的周向方向扩散。管端23. 1,23. 2由于压配而配合在腔室22. 1,22. 2中，从而每个管端23. 1,23. 2 的外表面利用压力压配于腔室22. 1,22.2的相对应的壁25. 1、25. 2。包括用于每个透镜26的光束的激光辐射(腔室22. 1)或者用于两个透镜26的激 光辐射(腔室22. 2)则沿联接件20的径向方向发射到透镜26上。焦点位于每个管端23. 1、 23. 2的外表面上。通过使联接件旋转或者通过使辐射源绕联接件20作圆周运动，在每个管端23. 1、 23. 2和腔室22. 1,22. 2的相对应的壁25. 1、25. 2之间获得连续焊接。由于光束的焦点在形 状上沿腔室22. 1、22. 2的周向方向是细长的，因而对旋转或圆周运动进行限制。还可使用 绕联接件20分布的多个辐射源。借助示例，可使用相对彼此以60°间隔放置的六个辐射 源。应观察到的是，通过使透镜的数量倍增和通过提供多个激光辐射源，可在元件上 的多个位置处进行焊接，而无需使辐射源或元件运动。应观察到的是，表面24形成用于使激光辐射能进入联接件的入口表面，而壁 25. 1,25. 2形成使激光辐射能离开联接件的出口表面。当然，本发明并不限于所描述的实施例，而是覆盖落入由权利要求书所限定的本 发明范围内的任何变型。第一元件的本体可以是部分不可透的，且至少在接触表面处不可透，而第二元件 的本体可以是部分可透的，且至少在接触表面和用于使激光辐射能进入本体的入口表面之 间可透。透镜形成部分可包括一个或多个透镜。形成透镜6的部分设置成产生一个焊点或 可选地交迭的多个焊点。形成焊点的每个冲击区域可具有圆形、细长形或一些其它的形状。透镜还可具有形成圆或抛物线的一部分的轮廓。
权利要求
1.一种对至少包括第一元件(1)和第二元件(2)的器件进行制造的方法，所述第一元 件和所述第二元件通过接触表面(3、4)彼此接触，所述方法的特征在于，所述方法包括以 下步骤由如下材料制成所述第一元件的本体所述材料使所述本体至少在所述接触表面处至 少部分地不可透过激光辐射；由如下材料制成所述第二元件的本体所述材料使所述本体至少在所述接触表面和用 于使所述激光辐射能进入所述本体的入口表面(7)之间可透过所述激光辐射，将所述本体 的一部分设置成形成至少一个用于对所述激光辐射进行折射的透镜(6)；以及将所述第二元件的接触表面施加成抵靠于所述第一元件的接触表面，并且使至少一个 激光辐射源引导朝向所述第二元件的入口表面，从而使所述第一元件的接触表面熔融并将 所述第二元件焊接至所述第一元件，透镜形成部分存在于所述本体的与所述接触表面(3、 4)相对的表面(7)中，并且设置成在所述接触表面上使所述激光辐射形成在至少一个激光 辐射冲击区域中，并产生多个焊点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透镜形成部分(6)设置成使所述激光辐 射集中在所述冲击区域中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透镜形成部分(6)设置成使所述焊点交迭。
4.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，每个焊点在形状上是细长的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透镜形成部分(6)在形状上是细长的， 并且在所述元件和所述激光辐射之间施加相对运动，从而使整个透镜形成部分经受所述激 光辐射。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过使所述激光辐射源的出口沿所述透镜 形成部分(6)运动而获得所述相对运动。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过使所述元件相对于所述激光辐射源的 出口运动而获得所述相对运动。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光辐射的横向尺寸大于所述透镜形 成部分(6)的最大横向尺寸。
9.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述透镜形成部分沿闭合线延伸。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光辐射沿相对于所述接触表面(3、 4)倾斜的方向进行发射。
11.一种根据任一前述权利要求获得的器件，所述器件至少包括第一元件(1)和第二 元件(2)，所述第一元件和所述第二元件通过接触表面(3、4)彼此接触，所述器件的特征在 于所述第一元件具有由如下材料制成的本体所述材料至少在所述接触表面处至少部分 地不可透过激光辐射；以及所述第二元件具有包括如下材料的本体所述材料至少在所述接触表面和用于使所述 激光辐射能进入所述本体的入口表面(7)之间可透过所述激光辐射，所述本体包括形成至 少一个透镜(6)的部分，所述透镜用于将所述激光辐射折射到所述第一元件的接触表面附 近，透镜形成部分存在于所述本体的与所述接触表面(3、4)相对的表面(7)中。
12.—种如权利要求11所述的器件的元件(2)，所述元件具有由如下材料制成的本体 所述材料可透过所述本体所经受的激光辐射，所述材料至少在用于使所述激光辐射能进入 所述本体的入口表面(7)和所述激光辐射的出口表面(4)之间可透过所述激光辐射，所述 本体包括形成至少一个透镜(6)的部分，所述透镜对所述激光辐射进行折射，从而使激光 辐射冲击区域形成在另一元件的接触表面处，所述另一元件的接触表面在所述出口表面之 外和附近、施加成抵靠于所述激光辐射的出口表面。
13.如权利要求11所述的器件元件(2)，其特征在于，所述透镜具有椭圆形轮廓。
14.一种包括本体的联接件，所述本体限定用于接纳管端的腔室，所述本体由如下材料 制成所述材料可透过所述本体所经受的激光辐射，所述材料至少在所述本体的外表面和 所述腔室的壁之间可透过所述激光辐射，所述本体包括形成至少一个透镜的部分，所述透 镜用于对所述激光辐射进行聚焦，从而使激光辐射冲击区域形成在接纳于所述腔室中的管 端的外表面上。
全文摘要
用于对包括由激光焊接组装在一起的两个元件(23，21)的器件进行制造的方法，其中一个元件(21)包括透镜(26)，该透镜用于将激光辐射折射到另一元件(23)上。由此所获得的器件、所述器件的元件以及联接件用来实施该方法。
文档编号F16L47/02GK102105257SQ200980129983
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月9日 优先权日2008年7月24日
发明者P·布莱威特 申请人:勒格里联合股份公司