專利名稱：含氟聚合物的紅外線焊接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將非金屬的含氟聚合物零件焊接或連接在一起。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于將兩個(gè)工件輻射焊接在一起的方法和設(shè)備，其中在焊接操作期間可將兩個(gè)工件加熱到不同溫度。
背景技術(shù)：
一種用于將塑料零件或工件焊接或連接在一起的已知技術(shù)是輻射加熱，有時(shí)被稱為紅外線焊接或IR焊接。在已知方法中，將工件加熱并將它們壓在一起然后使之冷卻。使用加熱器以提供輻射熱源，該加熱器接近于該工件的待連接在一起的部分。
在已知的IR(紅外線)焊接系統(tǒng)中存在各種各樣的缺陷。其中有不良的可重復(fù)性、焊接的不一致性以及長(zhǎng)的焊接周期。這可歸因于多種因素，大多數(shù)因素與這個(gè)事實(shí)有關(guān)，即，焊工必須直觀地(在視覺上)確定何時(shí)各個(gè)工件已被充分加熱。例如對(duì)于諸如PFA(全氟烷氧基聚合物)的Teflon(聚四氟乙烯)TM類型材料來說，操作者檢查工件中的不透明性的變化。這是非常主觀的確定并且導(dǎo)致不一致的焊接。
已知系統(tǒng)只用于焊接相同材料的兩個(gè)工件，并且只用于可熔化處理的材料(諸如PFA)。可熔化處理是指材料可被熔化并被進(jìn)一步加工，該加工例如為注塑或其它的使熔融材料在其中流動(dòng)的處理技術(shù)。在此以前人們認(rèn)為不可熔化處理的材料不能用已知的IR系統(tǒng)進(jìn)行IR焊接。已知系統(tǒng)的另一個(gè)顯著局限性在于，幾乎不能控制將工件加熱到的程度。對(duì)于一般焊接操作來說，通常只有工件的一小部分需要加熱。然而已知系統(tǒng)還加熱了工件的除焊接位置以外的部分。這樣的加熱可不利地或不良地影響焊接位置外部的工件的材料特性。此外，在焊接和冷卻期間，已知焊接系統(tǒng)通常使用固定裝置以固定工件。在冷卻期間這些固定裝置通常軸向地限制工件的移動(dòng)，因此在焊接中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
仍然存在一種需要，即提供一種用于將塑料零件焊接在一起的輻射焊接方法和設(shè)備以形成高質(zhì)量可重復(fù)性的焊接。這樣的方法和設(shè)備將特別適用于但不僅僅適用于將具有不同熔化和分解溫度的不同材料的兩個(gè)工件焊接在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)想出一種用于將塑料工件焊接在一起的設(shè)備，其中該設(shè)備包括具有第一和第二表面的加熱器部件；用于從所述第一表面輻射熱量的第一加熱元件；用于從所述第二表面輻射熱量的第二加熱元件；其中所述第一和第二加熱元件的溫度可獨(dú)立地控制。
加熱器部件的另一個(gè)方面在于，加熱元件和/或輻射表面可以構(gòu)型成將輻射熱定向或集中到焊接區(qū)域或焊接區(qū)的幾何形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，以拋物面、凸面或其它非平面的方式布置加熱元件。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，焊接系統(tǒng)獨(dú)立地或聯(lián)合地包括用于加熱元件的溫度傳感器和用于檢測(cè)焊接位置處的工件溫度的溫度傳感器。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，待焊接的工件被安裝在固定裝置上，該固定裝置有助于合格的焊接的形成。依照本發(fā)明的這個(gè)方面，在后焊接期間，允許至少一個(gè)工件相對(duì)于另一個(gè)工件軸向地并自由地移動(dòng)。該自由移動(dòng)使得焊接位置可在焊接位置處不產(chǎn)生殘余應(yīng)力地冷卻。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用一種固定裝置，該固定裝置在焊接操作的一部分期間保持該工件并且在焊接和冷卻期間軸向地松釋工件。
從以下結(jié)合附圖所作的對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中，可容易地理解本發(fā)明的這些和其它方面及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明所涉及的焊接系統(tǒng)的功能框圖；圖2A-2D分別是本發(fā)明所涉及的加熱器部件組件的側(cè)視圖、正視圖、頂視圖和等距視圖；圖3A-3G是本發(fā)明所涉及的標(biāo)準(zhǔn)焊接操作的簡(jiǎn)化的略圖；圖4A和4B本發(fā)明所涉及的對(duì)于不同尺寸零件的加熱器部件的加熱效果的簡(jiǎn)化示意圖；圖5A和5B是可用本發(fā)明執(zhí)行的示范性焊接工序的軟件流程圖；
圖6和圖7是本發(fā)明所涉及的示范性工件加熱曲線的溫度vs.時(shí)間視圖；圖8A-8C示出了本發(fā)明所涉及的固定裝置概念的第一實(shí)施例；以及圖9A-9D示出了本發(fā)明所涉及的固定裝置概念的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1的示范性功能框圖中示出了用于含氟聚合物零件的非接觸輻射加熱和焊接的焊接系統(tǒng)10。雖然在文中是具體參考PFA零件與改性的PTFE零件的焊接(也就是，可熔化處理的材料與不可熔化處理的材料之間的焊接)而描述本發(fā)明的，但是它們只不過是可用體現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面中一個(gè)或多個(gè)方面的設(shè)備和方法來焊接的含氟聚合物的兩個(gè)例子。本發(fā)明還可用于將相同材料焊接在一起(例如，可熔化處理的材料例如PFA制成的零件與可熔化處理的零件之間的焊接，或不可熔化處理的材料例如改性的PTFE制成的零件與不可熔化處理的零件之間的焊接)。
本發(fā)明考慮了多種具體表現(xiàn)在焊接系統(tǒng)10的方法和設(shè)備中的顯著特征，每個(gè)特征都既可獨(dú)立使用又可以與本發(fā)明的其它特征任意結(jié)合的方式使用。通常，這些特征具體表現(xiàn)在(但又不局限于)新型加熱器單元和基于以下一種或多種條件而控制焊接操作的控制系統(tǒng)加熱元件的溫度、焊接位置的工件溫度、以及工件的位置控制。新型加熱器單元包含兩個(gè)截然不同的方面或特征，該方面或特征通常為1)至少兩種加熱元件的分開的和獨(dú)立的溫度控制；2)聚焦的或定向的輻射加熱?？刂葡到y(tǒng)的另一個(gè)方面是對(duì)于每個(gè)工件可使用可選擇的加熱曲線。雖然在文中是用焊接不同材料的兩種工件的示范性實(shí)施例來描述本發(fā)明的，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該容易地理解，本發(fā)明的各個(gè)方面都可用于將相同材料的工件焊接在一起。
另外，雖然文中具有多個(gè)備選實(shí)施例或例子，但是沒有打算(并且也不能)將這樣的例子看作是詳細(xì)的列示。不管文中是否明示，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都應(yīng)該容易地理解對(duì)于所述實(shí)施例的各種不同的與電有關(guān)的、機(jī)械的和材料的改變，而且在沒有脫離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可作這樣的改變。
接著參考圖1，圖1示出了體現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面的輻射焊接系統(tǒng)。應(yīng)在其最廣的意義上理解文中所涉及的“焊接”，也就是，通過施熱來連接或結(jié)合兩個(gè)工件。本發(fā)明是指在不使得工件與熱輻射表面直接接觸的情況下，通過從輻射表面將熱傳輸?shù)焦ぜ妮椛浠騃R加熱技術(shù)。這確保了清潔的焊接。
系統(tǒng)10包括控制電路12、加熱器部件組件14和固定平臺(tái)或框架16(未示出)。可以以許多形式獲得控制電路12，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的，該形式包括分立電路、集成電路、模擬和/或數(shù)字電路等等。在圖1的示范性實(shí)施例中，控制電路12包括數(shù)字控制器18，該數(shù)字控制器18可為任何適合的微控制器或其它數(shù)字控制器裝置或電路。在焊接操作期間控制器18執(zhí)行多種控制功能。這些功能包括1)控制工件W1和W2相對(duì)于彼此的相對(duì)位置；2)控制加熱器部件組件14相對(duì)于工件的位置；3)控制供應(yīng)到加熱器部件組件14中的加熱元件20、22的功率；4)接收并處理各種涉及工件和加熱器的位置的反饋信號(hào)以及溫度反饋信號(hào)；以及5)依照一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)程序、控制參數(shù)、加熱曲線和操作者輸入而執(zhí)行焊接操作。
可用常規(guī)伺服控制器執(zhí)行工件W1和W2以及加熱器部件14的位置控制，然而，也可使用其它任何適合的位置控制技術(shù)。控制電路12可通過第一和第二工件位置伺服機(jī)構(gòu)24、26使得工件W1和W2移動(dòng)和定位。例如可使用從IDS得到的諸如零件B8001等適合的伺服控制器。第三位置控制器25用于使得加熱器部件14移動(dòng)和定位。例如，可將加熱器部件14安裝在由氣缸25控制的可移動(dòng)的臂上，以使得加熱器部件14可在工件W1和W2附近的縮進(jìn)位置或初始位置與延伸位置或焊接位置之間移動(dòng)?；蛘撸蓪⒓訜崞鞑考?4固定在適當(dāng)位置上。對(duì)加熱器部件14的位置控制的考慮可使得當(dāng)不在使用中時(shí)，可以以遠(yuǎn)離人員的方式安全地縮進(jìn)加熱器。另外，通過具有可移動(dòng)的加熱器部件14，多個(gè)加熱器部件14可用于不同的零件尺寸或焊接參數(shù)。此外，如下文中將進(jìn)一步描述的，具有由電子控制的加熱器部件14大大增加了焊接系統(tǒng)10執(zhí)行可重復(fù)性高質(zhì)量焊接的靈活性。
控制電路12還包括可從Grayhill獲得的標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出(Input/Output)電路28，該電路28將控制器18與各種外部傳感器、加熱器部件14電源電路、以及操作者界面裝置30進(jìn)行界面連接，該操作者界面裝置30諸如鍵盤、觸摸屏、鼠標(biāo)器等等。一種適用的界面裝置是可從Eason獲得的Model 400。操作者可輸入例如所焊接的零件材料、零件尺寸、溫度參數(shù)等等，并且操作者可選擇儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的合適的焊接程序，或者由控制器18選擇合適的程序。可通過常規(guī)視頻顯示器或其它適合途徑與菜單驅(qū)動(dòng)程序等一起鍵入并監(jiān)控焊接參數(shù)。出于歷史性的目的、質(zhì)量控制、趨勢(shì)分析以及所需要的其它統(tǒng)計(jì)分析的目的，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可用于儲(chǔ)存焊接參數(shù)和焊接數(shù)據(jù)。
應(yīng)該注意的是，雖然文中所描述的本發(fā)明是以計(jì)算機(jī)化或自動(dòng)化的焊接系統(tǒng)10的方式而具體化的，但是本發(fā)明的許多方面可以以包括手動(dòng)系統(tǒng)的更簡(jiǎn)化的系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)。例如，加熱器部件14可容易地與手動(dòng)焊接系統(tǒng)結(jié)合使用，其中工件用任何適合的固定設(shè)備將工件相對(duì)于加熱器部件14手動(dòng)地定向。倘若希望的話，各種溫度反饋還可由操作者監(jiān)視并調(diào)節(jié)。然而，由于一旦已設(shè)定參數(shù)，可與操作員(與計(jì)算機(jī)的)交互作用無關(guān)地完成完整的焊接操作，所以認(rèn)為在許多情況中自動(dòng)系統(tǒng)將是優(yōu)選的。這大大增加了焊接質(zhì)量、可重復(fù)性并減少了焊接時(shí)間。
與每個(gè)加熱元件20、22相連接的是溫度傳感器32、34。在該例子中溫度傳感器32、34是標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，并最好(但非必須)將其定位于加熱器部件14中的加熱元件附近。可使用任何適合的溫度傳感器。每個(gè)傳感器32、34被監(jiān)控，以使得加熱元件20、22的各自的溫度彼此獨(dú)立地被控制。各個(gè)加熱元件20、22的獨(dú)立精密的溫度控制，以及精確的溫度控制和可選擇的加熱曲線，是本發(fā)明的允許將不同材料的工件焊接在一起的一個(gè)顯著特征。
提供輔助溫度傳感器36、38以檢測(cè)焊接位置的工件溫度。在該實(shí)施例中，諸如可從RAYTEK獲得的型號(hào)為no.RAYTXSLTCF2的精密紅外傳感器檢測(cè)每個(gè)工件W1和W2的焊接位置的溫度。通過使用這種工件溫度反饋，控制器18可精確地確定何時(shí)已將工件加熱到用于焊接的預(yù)定溫度。這消除了現(xiàn)有系統(tǒng)的主要缺陷，即操作者必須通過零件的不透明性的變化直觀地(在視覺上)確定零件已被充分加熱。使用工件溫度傳感器36、38還允許控制器18調(diào)節(jié)供應(yīng)給加熱元件20、22的功率，以便于當(dāng)例如在另一個(gè)工件完全加熱之前一個(gè)工件已達(dá)到其焊接溫度時(shí)防止加熱過度。還可為控制器18編程序，以便于調(diào)節(jié)工件到加熱器之間的距離，其作為工件溫度控制功能的一部分。可與加熱器功率調(diào)節(jié)器結(jié)合或利用加熱器功率調(diào)節(jié)器代替實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
標(biāo)準(zhǔn)的功率接口電路40為加熱元件20、22提供電壓和電流。一種適合的電路為可從Watlow獲得的Din-a-Mite電路。如果需要也可使用常規(guī)功率極限電路42、44。例如可從Watlow獲得的系列146的控制電路。
在圖1的示范性實(shí)施例中，控制電路12還包括加熱器控制器33、35。每個(gè)加熱器控制器33、35都獨(dú)立地調(diào)節(jié)供給到其各個(gè)加熱器的電壓和電流，以達(dá)到系統(tǒng)控制器18所設(shè)定的程序化加熱器溫度。每個(gè)加熱器控制器33、35可為例如可從Watlow獲得的系列988的控制器。每個(gè)加熱器控制器監(jiān)控各個(gè)加熱器熱電偶32、34并調(diào)節(jié)供給電源電路40的功率，以便于將加熱器保持在所選擇的溫度。加熱器控制器33、35還監(jiān)控各個(gè)IR傳感器信號(hào)。當(dāng)相關(guān)的焊接位置達(dá)到預(yù)期的焊接溫度時(shí)，加熱器控制器向系統(tǒng)控制器18發(fā)送一個(gè)合適的信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)工件都達(dá)到預(yù)期的焊接溫度時(shí)，系統(tǒng)控制器18使得加熱器部件以遠(yuǎn)離工件的方式移動(dòng)，并將工件聚集在一起以進(jìn)行焊接。
兩個(gè)加熱器的獨(dú)立溫度控制，以及工件的焊接位置的獨(dú)立溫度監(jiān)控，有助于焊接不相似材料的兩個(gè)工件。例如，一個(gè)工件可比另一個(gè)工件更快地達(dá)到其焊接溫度。如果這樣，相關(guān)的加熱器控制功能可調(diào)節(jié)供給加熱器的功率以便于在沒有加熱過度的情況下將工件保持在焊接溫度，直到第二個(gè)工件達(dá)到其焊接溫度。由于可在不同的程度加熱零件，因此各個(gè)工件的焊接溫度可為相同的或彼此不同，并且可在不同時(shí)間達(dá)到其焊接溫度。
參照?qǐng)D2A、2B和2C，本發(fā)明構(gòu)想出在該例子中加熱器部件組件14包括單個(gè)外殼或殼體50。在外殼50之中的是熱的或熱量的輻射基體52。在示范性實(shí)施例中，基體52是用陶瓷材料(諸如例如可從WATLOW獲得的陶瓷纖維隔熱)制成的。這里具體的材料是可模制的陶瓷，然而，任何合適的材料都可用于加熱器基體52，只要它能夠如所期望的那樣支撐加熱元件并為焊接過程輻射出足夠的熱量。
殼體50包括用于使得電源引線與嵌入在基體52中的加熱元件20、22相連接的端子板。以緊鄰近于各個(gè)加熱元件20、22的方式將加熱器溫度傳感器32、34(圖1)放置于基體52中?？墒褂眠B接器引線56、58以通過I/O(輸入/輸出)板使得傳感器34、36與系統(tǒng)控制器18連接。
在該實(shí)施例中，每個(gè)加熱元件20、22都以常規(guī)電熱絲(諸如鐵鉻鋁金屬絲)60、62的形式體現(xiàn)。每個(gè)金屬絲60、62都以螺旋形式布置(圖2B)，并沿著曲面或其它非平面的輪廓或形狀布置(圖2A)。該示范性例子中的非平面的輪廓通常是拋物線的或凹面的，因此對(duì)于輻射的熱量來說具有聚焦或定向的作用。本發(fā)明的一個(gè)方面包括具有一個(gè)定向或集中的輻射熱源的理念。如下文中所述的，通過使用拋物線的或凹面的加熱元件輪廓可使得輻射的熱量被“聚焦”，然而，不需要聚焦到一個(gè)特定的焦點(diǎn)。因此本發(fā)明的基本特征是，輻射的熱量通常被定向或聚集在焊接位置的區(qū)域中。
非平面的輪廓可以是對(duì)于輻射的熱量來說產(chǎn)生定向聚集或聚焦作用的任意的幾何形狀。然而，在一些焊接系統(tǒng)中也有可能不需要聚焦的或集中的熱量。在這樣的情況中，可以以平面方式布置金屬絲60、62。金屬絲60、62在布置上也無需是螺旋形式的。取決于所需要的聚焦作用的程度可使用其它的非平面的輪廓。例如，可在有角度的平面(諸如V形結(jié)構(gòu))上布置金屬絲60、62?？傻玫皆S多其它的選擇，包括在加熱器部件14中增加熱聚焦元件或與加熱器部件14結(jié)合使用熱聚焦元件。
如圖2A和2B所示的，陶瓷基體52形成有兩個(gè)熱輻射表面64、66。還可使這些表面64、66以幾何學(xué)的方式構(gòu)造成以便于參與所輻射熱量的聚焦作用。在示范性實(shí)施例中，每個(gè)表面64、66都包括通常為拋物線的或凹面的凹面部分68、70，凹面部分68、70通常符合金屬絲60、62的幾何形狀，或者可用不同的幾何輪廓構(gòu)造成凹面部分68、70。為了獲得期望的聚焦作用，任何形狀都可使用。
通過使用本發(fā)明的定向熱原理可獲得多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)之一是，各個(gè)工件的更有效的加熱。大范圍地產(chǎn)生輻射熱量的現(xiàn)有系統(tǒng)必定在工件焊接位置處減少加熱(在此處使用的焊接位置是指被加熱到其熔化溫度以便于執(zhí)行焊接操作的工件的那個(gè)部分)，其中某些現(xiàn)有系統(tǒng)的效率低甚至不對(duì)工件起作用。通過將輻射熱量集中在焊接位置處和焊接位置附近，可更快速有效地加熱工件。
使輻射熱定向或集中的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它減少了工件的遠(yuǎn)離焊接位置的部分的熱量。例如，假定閥體由改性的PTFE聚合物制成并包括管端部，接頭將被焊接到該管端部上。理論上，只有管端部的外部端(例如，大約1/8英寸)將被加熱。如果閥體被同時(shí)加熱并且溫度充分提升，改性的PTFE材料將被不利地影響。通過使輻射熱集中或定向，可基本上減少工件的非焊接部分的外部熱量。
在圖2A-2C中加熱器部件組件14是帶有單個(gè)殼體50的集成裝置。如果需要，可通過壁或其它熱障或反射器72將兩個(gè)加熱元件20、22分隔在它們自己的區(qū)中?；蛘?，可將加熱元件20、22布置于獨(dú)立的基體/殼體單元中，該獨(dú)立的基體/殼體單元被一起固定到或安裝到共同的移動(dòng)裝置上。另一個(gè)選擇是，使各個(gè)加熱元件20、22處于其自己的加熱器部件組件中，以使得控制電路12可將每個(gè)加熱器獨(dú)立地定位在其相關(guān)的工件的位置附近。圖2D是加熱器部件14的實(shí)體模型等距視圖，該加熱器部件14包括熱輻射表面64的凹面部分。
參照?qǐng)D3A-3G，其中圖3A-3G以簡(jiǎn)化的形式示出了由控制電路12或手動(dòng)地或別的方式執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)焊接操作。在這些視圖中，出于清楚的目的省略了系統(tǒng)10的固定裝置和其它的電氣和機(jī)械的零件。另外，圖3A-3G的例子采用了可移動(dòng)的加熱器部件14和可獨(dú)立移動(dòng)的工件W1和W2。
在該例子中，第一工件W1是閥體100，閥體100具有管端部102，接頭104將被焊接于管端部上?？捎贸Ｒ?guī)固定裝置支撐第一工件W1，該常規(guī)固定裝置例如由控制電路12通過第一工件位置伺服機(jī)構(gòu)26定位的第一可移動(dòng)平臺(tái)上的夾子或其它適合的結(jié)構(gòu)。在該例子中，第二工件W2是將被焊接到第一工件W1上的接頭或其它零件的管端104。也可將第二工件W3安裝在由控制電路12通過第二工件位置伺服機(jī)構(gòu)24定位的可移動(dòng)平臺(tái)或其它適合的結(jié)構(gòu)上。如圖中所示的，為了焊接，優(yōu)選(但非必須)的是，本發(fā)明涉及了用于焊接的工件的垂直對(duì)齊。這可獲得更均勻的焊縫?；蛘?，可通過水平校準(zhǔn)或其它任何需要的定向來焊接工件。比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)還可只使用一個(gè)可移動(dòng)工件。
還可通過加熱器伺服機(jī)構(gòu)24將加熱器部件14安裝在由控制電路12控制的可移動(dòng)平臺(tái)或臂上。在示范性實(shí)施例中，加熱器部件14可橫截于工件W1和W3的移動(dòng)軸平移(也就是說，水平或橫截于圖3A-3G的紙平面)。如果期望的話，加熱器部件14可以以相對(duì)于工件W1和W2平移軸的不同角度移動(dòng)，但是為了方便起見可在基本橫截或非平行于可移動(dòng)工件W1和W2的平移軸的平面中移動(dòng)。
參照?qǐng)D3A，通過控制電路12將工件W1移動(dòng)到加熱器部件14所將要移動(dòng)到的位置，以使得焊接程序被啟動(dòng)，為工件W1確定起始位置參考點(diǎn)。在圖3A中所示的加熱器14處在適當(dāng)?shù)奈恢茫窃趯?shí)踐中可由電容性的位置傳感器指示出加熱器14的位置?？蓪⒊跏嘉恢脜⒖键c(diǎn)設(shè)定成向上移動(dòng)工件W1，直到電容傳感器(未示出)指示出該工件處于加熱器的位置。可使用電容傳感器、接近傳感器或其它適合的位置傳感器以確定何時(shí)確定起始位置。
參照?qǐng)D3B，接著第一工件W1離開起始位置以收縮預(yù)定的距離或間隙?？筛鶕?jù)在焊接操作過程中從加熱器14輻射的熱量以及工件將達(dá)到的期望溫度，以及由于零件在焊接操作過程中暴露于熱量中的生長(zhǎng)，來經(jīng)驗(yàn)地確定該距離。
參照?qǐng)D3C，為了找到第二工件相對(duì)于第一工件的起始位置，第二工件W2移動(dòng)就位并抵靠第一工件W2?？墒褂脺y(cè)壓儀或其它適合的接觸傳感器以確定何時(shí)定位起始位置。
在圖3D中，第二工件遠(yuǎn)離開第一工件102移動(dòng)預(yù)定的間隙距離，該預(yù)定的間隙距離根據(jù)由于焊接操作中加熱導(dǎo)致的每個(gè)工件所期望的生長(zhǎng)量以及在完成加熱階段以后被壓在一起的兩個(gè)零件所需要的重疊量而確定。因此通常可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)地測(cè)定該間隙距離。該間隙距離還起到程序控制的制動(dòng)器的作用。因此，在零件被加熱以后，第二工件移動(dòng)到其初始參考點(diǎn)或停止位置，但是由于在加熱期間零件已“生長(zhǎng)”或脹大，所以它們將重疊，并且根據(jù)所提供的重疊量，較軟的可熔化加工的工件管端104將被鐓粗以形成焊縫。因此，當(dāng)零件移動(dòng)相接觸以完成焊接時(shí)，焊接過程是基于位置而非基于作用力的。
在圖3E中，工件被進(jìn)一步分開預(yù)定距離，以遠(yuǎn)離各自的加熱器表面64、66。第一工件W1與相關(guān)的加熱器表面66之間的實(shí)際距離可相同或不同于第二工件104與加熱器部件組件14的第二加熱器表面64之間的距離。此外，對(duì)給定的焊接操作，為了實(shí)現(xiàn)最有效的工件加熱，這些距離將取決于各個(gè)工件的材料和最佳的或經(jīng)驗(yàn)上由相關(guān)的加熱器表面確定的距離。
在圖3F中，已對(duì)加熱器部件14供應(yīng)電力，以使得將工件端部105、107加熱到足以允許工件連接或焊接在一起的溫度。
在圖3G中，工件已被移動(dòng)，從而彼此接合以完成焊接操作以形成焊縫106。
本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是，獨(dú)立的兩個(gè)加熱器設(shè)計(jì)慮及了使用輻射焊接程序，以使得由不同材料制成的兩個(gè)工件有效有力地焊接在一起。例如，管接頭諸如第二工件104可由PFA的TeflonTM類型材料(也就是可熔化加工的材料并顯示出第一溫度范圍內(nèi)的熔化溫度)制成。閥體例如可由不同的TeflonTM類型材料諸如改性的PTFE制成，該改性的PTFE不是可熔化加工的材料并顯示出較高的熔點(diǎn)溫度。通過對(duì)于兩個(gè)加熱元件20、22設(shè)置獨(dú)立的溫度控制以及對(duì)于焊接位置設(shè)置獨(dú)立的溫度傳感器，從而使用輻射熱焊接技術(shù)可將這樣的工件便利地焊接在一起。注意到這一點(diǎn)是重要的，即這里所描述的用于工件的材料(也就是PFA和改性的PTFE)事實(shí)上只是用于例證而不應(yīng)將其看作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本發(fā)明可便利地用于使相同材料的零件焊接在一起以及使得由顯示出不同熔點(diǎn)特性的不同材料制成的零件焊接在一起，或者其中一種零件由非可熔化加工的材料制成，而另一種零件由可熔化加工的材料制成。最好(但非必須)使工件加熱到處于或略高于材料熔點(diǎn)溫度但低于材料分解溫度的溫度。
參照?qǐng)D4A和4B，示出了加熱器部件14與工件W(諸如PFA管端部)之間關(guān)系的放大圖。如圖4A中所示的，加熱元件20、22的非平面剖面(在該例子中通常為拋物線或背弧型面)有助于朝向局部的加熱區(qū)或范圍110聚焦或定向輻射熱。在該例子中，以略微圓錐狀的方式輻射熱量。關(guān)于其位置，可以實(shí)驗(yàn)的方式測(cè)定該局部加熱區(qū)，并且工件W的焊接位置端部移動(dòng)到在焊接操作中用于加熱的位置中，以使得待焊接的工件部分112(即，焊接位置)處于輻射熱范圍之內(nèi)。然而工件的受熱部分不必要必須剛好處于加熱區(qū)110上，而是可位于沿著相對(duì)于加熱器部件14熱輻射表面的加熱區(qū)110的其它位置上，以便于在焊接操作中實(shí)現(xiàn)期望的加熱速率和工件的溫升。在圖4B中示出了一種不同尺寸的工件，以便于解釋與圖4A的較大的工件相比較，較小的零件將被定位成離加熱器部件14更遠(yuǎn)(距離“Y”大于距離“X”)。然而，實(shí)際加熱距離X和Y將取決于零件的材料、零件幾何形狀、期望的加熱速率以及期望的溫度等等。因此本發(fā)明提出了一種用于IR焊接程序的完全熱學(xué)管理系統(tǒng)，即，通過控制加熱元件的溫度、工件溫度以及工件位置而控制焊接位置處的溫度。
還是如圖4A中所示的，使用工件溫度傳感器(在該例子中為紅外線熱傳感器36的形式)，以在焊接操作中確定焊接位置112處的工件溫度。傳感器36可確定焊接位置處的表面溫度，但是最好使其確定表面之下的溫度，該表面之下的溫度將表示已達(dá)到焊接溫度并足以穿透零件。溫度傳感器36產(chǎn)生被反饋到系統(tǒng)控制器18的電信號(hào)，由此控制器18可通過調(diào)節(jié)供應(yīng)到相關(guān)加熱元件20、22的電力和/或通過交替地調(diào)節(jié)工件W相對(duì)于熱輻射表面66的位置從而在焊接期間精確地控制工件的溫度。以這種方式，自動(dòng)焊接系統(tǒng)10可準(zhǔn)確精密地確定何時(shí)工件W已被充分加熱到可焊接于另一個(gè)工件上的程度。這消除了操作者作出主觀的(在視覺上)工件已被充分加熱的確定的任何需要。
參照?qǐng)D5A和5B，提供了可由控制系統(tǒng)12執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)焊接工序的示范性軟件流程圖。在步驟200，操作者將第一工件安裝在可移動(dòng)平臺(tái)或臺(tái)板上，并且在步驟202到208，諸如可通過現(xiàn)有技術(shù)中公知的激光照準(zhǔn)技術(shù)調(diào)整工件。在步驟210，第二工件被安裝于其調(diào)節(jié)器(actuator)，在步驟212，操作者啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)整程序(set-up routine)。
在步驟214支撐第一工件的可移動(dòng)平臺(tái)被升高直到工件接觸加熱器部件14。這為第一工件設(shè)定了零參照點(diǎn)。當(dāng)在步驟216時(shí)，可通過例如電容傳感器和/或測(cè)壓儀和其它任何適合的位置檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工件與加熱器部件14的接觸。在步驟218，根據(jù)來自于操作者的各種輸入?yún)?shù)，工件被遠(yuǎn)離加熱器14降低到預(yù)定的起始點(diǎn)，所述輸入?yún)?shù)包括零件尺寸、材料等等。該起始間隙取決于加熱期間零件的預(yù)期生長(zhǎng)。在步驟220，第二工件W2被降低直到其接觸加熱器部件14，以便為第二工件建立在步驟222中的零參照點(diǎn)，利用例如電容傳感器的合適的接觸傳感器對(duì)其進(jìn)行再次確定。
在步驟224，第二工件被升高到預(yù)定起始點(diǎn)，再次根據(jù)加熱期間預(yù)期的生長(zhǎng)利用零件的尺寸和零件的材料對(duì)其進(jìn)行確定。在步驟226，第二工件朝向第一工件移動(dòng)，直到當(dāng)在測(cè)壓儀步驟228進(jìn)行檢測(cè)時(shí)它接觸那個(gè)工件。這為兩個(gè)工件之間的接觸設(shè)立了零位置。在步驟230，再次基于零件尺寸和材料特性，第二工件被升高到預(yù)定間隙距離。在步驟232，第二工件完全收縮，以及在步驟234，操作者啟動(dòng)所選擇的焊接程序。
在步驟236，加熱器部件14從其原始位置向其在步驟238由限位開關(guān)所檢測(cè)的焊接位置延伸。在步驟240，向加熱器供應(yīng)電力以開始加熱器部件的溫升?；蛘?，在加熱器位于原始縮回位置期間時(shí)已被預(yù)先加熱。在這樣一種情況中，在步驟240，接著增加加熱器功率以使加熱器溫度提高到期望的焊接溫度，所述焊接溫度是為每個(gè)工件獨(dú)立地選擇和控制的。在步驟242，啟動(dòng)焊接計(jì)時(shí)器。通過精確控制加熱元件20、22的溫度以及焊接位置處的工件溫度，工件可在步驟244開始被加熱直到在步驟246工件溫度傳感器測(cè)定出工件已被加熱到其適當(dāng)?shù)臏囟?。在步驟248使用計(jì)時(shí)器以確保工件在預(yù)定的時(shí)窗范圍內(nèi)被加熱，否則可能會(huì)顯示加熱器部件或相關(guān)線路的可能故障。當(dāng)在步驟246工件溫度傳感器測(cè)定出工件已被適當(dāng)?shù)丶訜岬胶附訙囟纫院螅诓襟E249加熱器部件重新返回到其原始位置或收縮位置。
在步驟250，工件調(diào)節(jié)器使工件移動(dòng)接觸以便于將兩個(gè)工件連接在一起。在步驟252，在該例子中，使零件結(jié)合在一起大約十分鐘(10分鐘)。在步驟254，可提供可聽見和/或可視的報(bào)警信號(hào)，以便于警告操作者已經(jīng)完成了焊接程序，并且在步驟256，在步驟258操作者可從固定設(shè)備移除完成的結(jié)構(gòu)。在步驟260，操作者確定在下一個(gè)循環(huán)期間是否將要焊接相同的零件或者由于零件改變是否需要新的調(diào)整(set-up)。在步驟262，將下一對(duì)工件放入設(shè)備中，并且焊接程序被重新啟動(dòng)返回到步驟234。如果在步驟264需要新的調(diào)整，程序循環(huán)返回到步驟200并且操作者輸入焊接操作的各種參數(shù)。
參照?qǐng)D6，圖6示出了本發(fā)明所涉及的加熱元件20、22的標(biāo)準(zhǔn)加熱曲線。在先前已知系統(tǒng)中，加熱器將被激活并簡(jiǎn)單加熱到某個(gè)預(yù)定但非規(guī)定的溫度。因此，焊接位置的工件加熱是不受控制并且不一致的。根據(jù)本發(fā)明，由于加熱元件溫度傳感器和工件溫度傳感器的使用，具有任何期望加熱曲線的工件都可被加熱。在圖6的實(shí)施例中，最初加熱元件20、22被加熱到第一溫度T1，所述第一溫度T1最好(但非必須)低于工件材料的熔化溫度T3。在實(shí)際焊接操作開始之前，工件必須在該溫度下均熱一段時(shí)間。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些應(yīng)用中該預(yù)浸可導(dǎo)致更好和更一致的焊接。在選擇的保溫時(shí)期T1過后，加熱元件20、22被加熱以使得焊接位置處的工件溫度被升高到溫度T2，所述溫度T2高于熔化溫度T3但低于分解溫度T4。然后如文中先前所述的，通過將零件壓在一起而使得工件連接。在焊接時(shí)期T2過后，如果需要的話，焊接的零件可經(jīng)受冷卻曲線。
參照?qǐng)D7，示出了另一個(gè)加熱曲線。在該圖中，線A是加熱器20、22中的一個(gè)的測(cè)定溫度，而線B是另一個(gè)加熱器的測(cè)定溫度。在該實(shí)施例中，在溫度上加熱器逐漸升高到選擇的溫度T1，接著在工件加熱時(shí)保持該溫度。圖表示出了控制電路12如何以常規(guī)方式操作以便于控制加熱器溫度。例如，控制電路12可執(zhí)行常規(guī)PID控制算法。
在圖7的實(shí)施例中，加熱器20、22都升高到相同的溫度，但這是不需要的，并將取決于相關(guān)工件的尺寸和材料。圖7還用圖表表示了相對(duì)于另一個(gè)加熱器來說，各個(gè)加熱器是如何被獨(dú)立控制的。
圖7的線C和D繪制了焊接位置處的工件W和W2的溫度。工件溫度逐漸上升直到達(dá)到選擇的焊接溫度，所述焊接溫度在圖7的實(shí)施例中出現(xiàn)在時(shí)間T1處。那時(shí)，加熱器被移除并且工件如文中先前所述那樣被連接。在圖7中由于測(cè)量技術(shù)，線C逐漸下落。線C對(duì)應(yīng)于可移動(dòng)工件，因此當(dāng)使其移動(dòng)到與另一個(gè)工件相接觸時(shí)，焊接位置從IR溫度傳感器的“窗口”位移。在實(shí)踐中，線C將以與線D類似的方式顯示出逐漸冷卻。出現(xiàn)在T1的線D中的跳躍為當(dāng)兩個(gè)工件連接在一起時(shí)出現(xiàn)在焊接位置處的溫升。
實(shí)際上圖6和7的例子是示范性的。可為被焊接的各個(gè)具體零件或材料測(cè)定選擇的加熱曲線。
參照?qǐng)D8A-8C，本發(fā)明還包括通過減少焊接處施加的力和殘余應(yīng)力而提高最終焊接質(zhì)量和強(qiáng)度的固定裝置概念。依照本發(fā)明的這個(gè)方面，至少一個(gè)工件被安裝在固定裝置上，以便于當(dāng)焊接冷卻時(shí)，該工件可相對(duì)于固定裝置軸向自由移動(dòng)。這允許在沒有軸向約束或殘余應(yīng)力的情況下焊縫冷卻。
在圖8A-8C的示范性實(shí)施例中，第一工件W1(在該例子中為帶螺紋的配件管端)將被焊接于第二工件W2(諸如一個(gè)閥)。出于清楚的目的簡(jiǎn)化了視圖，并且只示出了工件和一個(gè)固定裝置。在該例子中，閥W2為可移動(dòng)工件。
圖8A-8C中體現(xiàn)的概念涉及其中具有中心孔200的管狀工件。工件W1的下端202(如圖中所看到的)是將要被焊接于另一個(gè)工件上對(duì)應(yīng)管端204的端部。這些端部202、204限定了焊接位置。在該例子中固定裝置202為允許工件被連接的可移動(dòng)固定裝置(如之前參照?qǐng)D3A-3G所描述的)。
在該例子中，因?yàn)榱慵悄Ｖ频牧慵?，因此中心?00不是準(zhǔn)確的圓柱體而是具有略微軸向逐漸縮減的錐形。然而還可將固定裝置概念施加于非錐形或模制的工件。固定裝置206包括被放置在適合的支撐物(未示出)上的基底208。如前面所述的適合的調(diào)節(jié)器使得基底208可移動(dòng)。從基底208延伸的是固定架或銷210。銷210被適當(dāng)?shù)囟ǔ叽?，以致于在工件作為焊接操作的零件被加熱之前，銷210與工件孔200之間具有輕微的抵觸或摩擦配合。
在圖8A中，在加熱之前工件W1被安裝在固定裝置210上并被緊密地支撐于銷210上。在圖8B中，工件已作為焊接操作的零件被加熱。在加熱期過程中，工件“生長(zhǎng)”以致于在銷210上具有基本減小的柄，但是具有足夠的殘余夾緊力以使得工件不會(huì)從銷210上下落。工件與固定裝置206之間的減小的摩擦干擾降低到在形成的焊接冷卻期間配件可沿銷210滑動(dòng)的程度。在工件已達(dá)到其各自的焊接溫度以后，零件連接在一起并將固定裝置和銷210保持在適當(dāng)?shù)奈恢弥小Ｔ趫D8C中，在冷卻期間(例如從約400℃到約270℃)，當(dāng)焊接冷卻時(shí)，固定裝置206被保持在適當(dāng)?shù)奈恢弥?。由于已基本上除去了摩擦配合，由于焊接冷卻而發(fā)生的收縮拉緊目前正自由地沿銷210滑動(dòng)的工件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的是，所描述的移動(dòng)是相當(dāng)小但卻是重要的。如果工件沒有自由地沿銷210滑動(dòng)，在焊接和將形成殘余應(yīng)力。在完全冷卻之前將工件從銷210上移除，否則工件將恢復(fù)其原尺寸并緊密地保留在銷210上。然而當(dāng)需要時(shí)可使用這種完全冷卻。在圖8C中為了清晰，工件沿銷210的輕微軸向位移被放大為間隙212。在冷卻期間依然使得工件W1徑向?qū)?zhǔn)，但是沿軸向不受限制，因此焊縫可帶有一點(diǎn)點(diǎn)或沒有殘余應(yīng)力地冷卻。
參照?qǐng)D9A-9D，示出了固定裝置概念的一個(gè)備選實(shí)施例。該實(shí)施例適用于諸如具有基本為圓柱形內(nèi)孔的標(biāo)準(zhǔn)ISO管端配件250的零件。ISO配件是可移動(dòng)工件并且在該例子中被焊接于閥體W2。
標(biāo)準(zhǔn)ISO配件的特征在于徑向向外延伸的凸緣254。配置固定裝置260以便于寬松地夾持配件250并通過銷262保持其徑向?qū)R，所述銷262延伸到配件的中心孔252中。固定裝置260包括軸環(huán)264，所述軸環(huán)264徑向地夾持配件250并具有軸向抓持配件凸緣254的向內(nèi)延伸的凸緣265。圖9A示出了其中配件250被安置在固定裝置260中的初始布置。如果需要可使用與銷262的微小干涉配合。配件250沿軸向不受限制但被支撐在固定裝置260中。在圖9B中工件已被加熱，并且在圖9C中已將工件連接。當(dāng)配件250被加熱時(shí)，它與銷262之間不再有干涉配合。如圖9C中所示的，當(dāng)制成焊接接頭時(shí)，工件250已被上推到靠著固定裝置260中的致動(dòng)器266。當(dāng)焊接270冷卻時(shí)，配件250沿軸向自由后退并且沿軸向不受限制而同時(shí)還被徑向?qū)?zhǔn)。因此根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，在至少一個(gè)所連接的工件沿沿軸向不受限制的情況下，固定裝置允許焊縫冷卻。
圖8A-8C和圖9A-9D的示范性實(shí)施例由于具體配件設(shè)計(jì)或焊縫的幾何形狀而具有所使用的具體的結(jié)構(gòu)特征。不應(yīng)認(rèn)為這些實(shí)施例是限制性的。其特點(diǎn)是，在加熱步驟中至少一個(gè)工件被支撐，但是在焊后冷卻步驟過程中沿軸向不受限制以消除殘余應(yīng)力。
已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。在閱讀并理解本說明書的基礎(chǔ)上可出現(xiàn)其它的修正和變更。當(dāng)這樣的修正和變更在權(quán)利要求及其等效形式的保護(hù)范圍之內(nèi)時(shí)，本發(fā)明包括所有這樣的修正和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于將含氟聚合物工件焊接在一起的設(shè)備，其包括具有第一和第二表面的加熱器部件；用于從所述第一表面輻射熱量的第一加熱元件；用于從所述第二表面輻射熱量的第二加熱元件；所述第一和第二加熱元件的溫度被獨(dú)立控制。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二加熱元件布置在單個(gè)外殼中。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，至少一個(gè)所述表面為非平面的。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)所述表面都為非平面的。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，至少一個(gè)所述加熱元件是以非平面的形狀布置的。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述非平面加熱元件是沿曲線軌跡布置的。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述非平面加熱元件使得從所述表面中的一個(gè)表面輻射的熱量集中。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二加熱元件使得從所述第一和第二表面輻射的熱量定向。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括控制電路，所述控制電路以相互獨(dú)立的方式控制所述第一和第二加熱元件各自的溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制電路包括第一和第二溫度傳感器，所述第一和第二溫度傳感器中的每一個(gè)都獨(dú)立地感測(cè)與之相連的一個(gè)加熱元件的溫度。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制電路包括焊接溫度傳感器，所述焊接溫度傳感器用于檢測(cè)由所述加熱元件中的一個(gè)加熱的工件的溫度。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，其包括第二焊接溫度傳感器，所述第二焊接溫度傳感器用于檢測(cè)由另一個(gè)所述加熱元件加熱的第二工件的溫度。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述焊接溫度傳感器包括一紅外線熱傳感器。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其包括用于支撐將被焊接在一起的第一和第二工件的第一和第二固定裝置，至少一個(gè)所述固定裝置被安裝在可移動(dòng)的平臺(tái)上，其還包括用于在焊接操作中控制所述工件相對(duì)于彼此的位置的控制電路。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱器部件在收縮位置和所述工件附近的焊接位置之間是可移動(dòng)的。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其包括第一和第二加熱元件溫度傳感器，所述加熱元件溫度傳感器向所述控制電路提供對(duì)應(yīng)于所述加熱元件溫度的信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其包括第一和第二焊接位置溫度傳感器，所述焊接位置溫度傳感器向所述控制電路提供對(duì)應(yīng)于所述工件溫度的信號(hào)。
18.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制電路根據(jù)預(yù)定的溫度曲線控制所述加熱元件的加熱。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述溫度曲線包括一個(gè)加熱期期間的階式的斜面順序。
20.一種用于焊接塑料工件的加熱器，其包括加熱器部件；布置于所述加熱器部件中的第一和第二加熱元件，其中，每個(gè)加熱元件的溫度相對(duì)于另一個(gè)加熱元件的溫度被獨(dú)立地控制。
21.如權(quán)利要求20所述的加熱器，其特征在于，至少一個(gè)所述加熱元件是以非平面的形狀布置的。
22.如權(quán)利要求20所述的加熱器，其特征在于，所述加熱器部件包括從所述第一和第二加熱元件輻射熱量的第一和第二非平面表面。
23.如權(quán)利要求20所述的加熱器，其特征在于，從所述加熱器部件輻射的熱量被聚焦。
24.一種將塑料工件焊接在一起的方法，所述方法包括以下步驟a)將各個(gè)工件加熱到在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的一溫度；b)所述加熱步驟包括使用兩個(gè)加熱元件，其中每個(gè)加熱元件朝向相應(yīng)的工件輻射熱量；以及所述加熱元件中的至少一個(gè)朝向相應(yīng)的工件聚焦輻射熱。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在焊接工序期間所述工件被加熱到不同的溫度。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其包括這個(gè)步驟獨(dú)立地檢測(cè)所述加熱元件的溫度。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其包括這個(gè)步驟獨(dú)立地檢測(cè)所述每個(gè)工件的溫度。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其包括這個(gè)步驟在兩個(gè)工件都已達(dá)到其各自的預(yù)定溫度以后，通過連接工件將兩個(gè)工件焊接在一起。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其用于將全氟烷氧基聚合物(PFA)工件與改性的聚四氟乙烯(PTFE)工件焊接。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述工件包括具有不同熔化溫度的材料。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述工件被加熱到大約是其熔化溫度或高于其熔化溫度并低于其分解溫度的一溫度。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟期間所述工件被豎直定向。
33.一種用于將含氟聚合物零件輻射焊接在一起的設(shè)備，包括第一和第二加熱元件，可將所述第一和第二加熱元件布置成以便加熱第一和第二工件；用于檢測(cè)所述加熱元件的溫度的傳感器；用于檢測(cè)焊接位置的工件溫度的傳感器；以及控制電路，所述控制電路接收所述傳感器的輸出并根據(jù)基于所述傳感器輸出的加熱曲線的控制工件的熱量。
34.如權(quán)利要求33述設(shè)備，其特征在于，所述工件是用相同的材料制成的。
35.如權(quán)利要求33述設(shè)備，其特征在于，一個(gè)工件是用可熔化處理的材料制成的，而另一個(gè)工件是用不可熔化處理的材料制成的。
36.如權(quán)利要求33述設(shè)備，其特征在于，一個(gè)工件是用全氟烷氧基聚合物材料制成的，而另一個(gè)工件是用改性的聚四氟乙烯材料制成的。
37.如權(quán)利要求33述設(shè)備，其特征在于，所述加熱元件使得輻射熱集中在預(yù)定區(qū)域內(nèi)，以便于主要加熱焊接位置處的工件。
38.如權(quán)利要求33述設(shè)備，其特征在于，所述控制電路控制工件相對(duì)于彼此和所述加熱元件之間的相對(duì)位置。
39.一種用于將含氟聚合物工件焊接在一起的設(shè)備，其包括加熱器，所述加熱器具有與之相連的第一和第二加熱元件，其中，至少一個(gè)所述加熱元件使得輻射熱朝向工件的加熱區(qū)域集中。
40.如權(quán)利要求39述設(shè)備，其特征在于，每個(gè)所述加熱元件使得輻射熱朝向相應(yīng)的工件集中。
41.如權(quán)利要求39述設(shè)備，其特征在于，所述加熱元件布置在基體中，所述基體被構(gòu)成得使得輻射熱集中。
42.如權(quán)利要求39述設(shè)備，其特征在于，以通常為拋物線的構(gòu)形來布置所述加熱元件。
43.如權(quán)利要求39述設(shè)備，其特征在于，以通常為非平面的構(gòu)形來布置所述加熱元件。
44.一種用于將含氟聚合物工件焊接在一起的方法，所述方法包括以下步驟a)將各個(gè)工件加熱到在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的一溫度；b)所述加熱步驟包括使用兩個(gè)加熱元件，其中每個(gè)加熱元件朝向相應(yīng)的工件輻射熱量；以及c)獨(dú)立地控制每個(gè)加熱元件的溫度。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其包括這個(gè)步驟檢測(cè)每個(gè)所述加熱元件的溫度。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其包括這個(gè)步驟檢測(cè)工件的焊接位置處的每個(gè)工件的溫度。
47.一種用于將含氟聚合物工件焊接在一起的方法，所述方法包括以下步驟a)選擇將被焊接的第一和第二工件，其中，第一工件是用可熔化處理的材料制成的，而第二工件是用不可熔化處理的材料制成的；b)將各個(gè)工件加熱到在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的一溫度；c)所述加熱步驟包括使用兩個(gè)加熱元件，其中每個(gè)加熱元件朝向相應(yīng)的工件輻射熱量；d)獨(dú)立地控制每個(gè)加熱元件的溫度。
48.一種用于通過紅外線熱量被焊接的工件的固定裝置，所述固定裝置包括基底；從所述基底延伸并適合于與所述工件接合的元件；在將熱量施加于所述工件之前，所述元件與所述工件徑向?qū)?zhǔn)并軸向支撐所述工件；和在該工件被加熱以后，在所述元件上該工件沿軸向不受限制，該加熱作為焊接操作的一部分。
49.如權(quán)利要求48所述的固定裝置，其特征在于，所述元件包括一銷，在工件被加熱以前，所述銷與工件之間具有干涉配合。
50.如權(quán)利要求48所述的固定裝置，其特征在于，所述元件包括軸環(huán)，所述軸環(huán)夾持工件上的對(duì)應(yīng)凸緣。
全文摘要
一種用于將塑料工件焊接在一起的設(shè)備，該設(shè)備包括具有第一和第二表面的加熱器部件；用于從第一表面輻射熱量的第一加熱元件；用于從第二表面輻射熱量的第二加熱元件；其中第一和第二加熱元件的溫度被獨(dú)立控制。提供用于檢測(cè)焊接位置處的工件溫度的溫度傳感器。最好以非平面的方式布置加熱元件，該非平面的方式具有例如拋物線、凸面的或有角度的形狀，以便于朝向工件上的焊接位置聚焦、定向或集中輻射熱。本發(fā)明具體適用于使得由可熔化處理材料(諸如PFA)制成的零件焊接到由不可熔化處理材料(諸如改性的PTFE)制成的零件上。
文檔編號(hào)B29K227/12GK1723116SQ01812572
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月10日
發(fā)明者G·A·埃文斯 申請(qǐng)人:斯瓦戈洛克公司