[发明专利]使未被吸收的红外激光再循环以增加红外激光吸收的红外塑料焊接

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2007年5月4日提交的第60/927,898号美国临时 申请Photon Recirculator For Plastics Welding And Method of Plastic Welding的优先权。通过引用将上述申请的公开内容合并于此。

技术领域

本公开涉及塑料焊接，更具体地涉及塑料部件的激光焊接。

背景技术

激光焊接一般用于在焊接区域处连接塑料或树脂部件，比如热塑性部 件。在美国专利第4,636,609号中可以找到激光器的这一用途的示例，通 过引用将其明确地合并于此。

众所周知，激光器提供指定频率的电磁辐射的准聚焦光束(即，相干 单色辐射)。有若干种可用的激光器；但是，红外激光器或非相干源提供 了一种相对经济的用于加热焊接区域的辐射能量源。红外焊接的一个具体 例子被称为透射红外(TTIr)焊接。TTIr焊接采用能够产生红外辐射的 红外激光器，该红外辐射由透镜、衍射光学、光纤、波导、光管或者光导 导向穿过第一塑料部件并且进入第二塑料部件。第一塑料部件通常被称作 透射件，因为它通常允许来自激光器的激光束穿过。但是，第二塑料部件 通常被称作吸收件，因为它通常吸收激光束的辐射能量以在焊接区域中产 生热。焊接区域中的该热使得透射件和吸收件熔化并且被紧密接触地焊接 在一起。

参照图1A和图1B，示出了用于塑料的激光焊接的典型的透射红外 (TTIr)系统100和100’。来自红外激光源104的红外激光束102被导 向至所要焊接的塑料部件106、108。红外激光穿过透射塑料部件106到 达透射塑料部件和吸收塑料部件108的交界处的焊接界面110。焊接界面 110在本领域中有时也被称为焊接位置、焊接区或焊接区域。在焊接界面 110处可以提供红外吸收体添加物112(图1A)。激光的吸收加热部件106、 108的交界处的焊接界面，熔化两个部件106、108中位于焊接界面110 处的塑料。在适当的时间段之后比如通过关闭激光源102来去除激光，然 后焊接界面110处的熔化的塑料冷却，从而将两个塑料部件106、108焊 接在一起。

通常，吸收性的第二塑料部件108或者在焊接界面110处使用的红外 吸收体添加物112是红外光的相对较低的吸收体。红外激光102的大部分 (114处指示的)随后穿过两个部件106、108并从部件108穿出，在此 过程中被浪费掉。

采用低吸收体，或者传递到焊接界面110的激光能量过低而不能进行 焊接，或者需要采用相对高的激光能量以转换成焊接界面110处的足够能 量来进行焊接。

发明内容

根据本公开的一个方面，穿过要通过低吸收TTIr过程焊接的塑料部 件的未被吸收的红外激光被再循环返回到低吸收焊接界面以用于该过程 中的再吸收。红外激光束被导向到所要焊接的塑料部件处，透射性第一部 件和吸收性(或部分吸收性)第二部件。红外激光入射到透射部件并且首 先穿过所要焊接的透射部件到达两个部件的交界处的焊接界面。在焊接界 面处，或者红外激光部分地被附加红外吸收体吸收，或者红外激光部分地 被吸收部件吸收，或者两者皆有。红外激光的未被吸收的部分继续通过吸 收部件并从远端出射。然后该红外激光被重新导向回焊接界面。在第二次 通过(以及其后任何后续的通过)时，更多红外激光在部分吸收介质(附 加红外吸收体、吸收部件或者两者皆有)中被吸收。

在一个方面中，该部件是管状部件，其中透射部件共轴地围绕吸收部 件。采用共轴地围绕该管状部件的圆筒形反射镜对红外激光进行重新导 向。

在一个方面中，圆筒形反射镜将红外激光重新导向以使得红外激光最 终从所有方向入射到该管状部件。

根据这里提供的描述，另外的适用范围将变得显而易见。应该理解， 描述和具体示例只是为了说明的目的而不是旨在限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图只是为了说明的目的而不是旨在以任何方式限制本 公开的范围。

图1A和图1B是用于采用红外激光焊接塑料部件的现有技术的低吸 收TTIr激光焊接系统的示意性图解；

图2是根据本公开的一个方面的具有用于将红外激光重新导向以穿 过所要焊接的部件间的焊接界面的无限回路的低吸收TTIr激光焊接系统 的示意性图解；