CN108773078A - 一种过水组件及其焊接方法以及过水组件的激光焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过水组件，包括软管以及套于软管端部的软管接头，软管头端与软管接头尾端相顶触且通过融焊接为一体，软管头端与软管接头尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm。该过水组件既可以解决现有技术中的振动摩擦焊工艺、超声波焊工艺、热板焊工艺等方法易出现焊接强度差，变形量大，密封性无法保障等问题，而且对软管和软管接头的透明度没有限制，并不要求两者之间必须存在一个透明件，从而不仅降低了生产成本，提高了生产质量，而且还可以应用于更多形式的软管和软管接头，从而使用范围更加广泛。本发明还公开了一种过水组件焊接方法以及激光焊接装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种过水组件及其焊接方法以及过水组件的激光焊接装置，主要应用于浴室花洒和莲蓬头；厨房或浴室龙头；厨房喷枪等过水组件的生产工艺中。
背景技术
随着人民生活水平日益提高，对生活环境质量要求也越来越高，在家庭厨房、卫生间所用龙头及其他配件过水组件大多采用铜材质，铜材质中含有一定比例铅、砷等对人体有害的化学成分，造成消费者身体隐患疾病，为克服此产品材质缺陷，市面上有很多卫浴公司都在对铜材质过水组件的龙头机其他产品进行技术创新，采用更佳的材料取代铜材质，目前运用较多的是用塑料如：PE、PEX等，由于这些塑料耐热温度在60℃左右，无法在高温热水的环境下长期使用，因此，现有的过水设备采用了PERT材料。PERT是一种可用于热水的非交联的聚乙烯管，也是中密度聚乙烯管，其不仅具有耐高温的特点，还具有柔韧性好，耐压性好，无毒，无味，无污染、耐低温等特点，十分适合过水组件的材料。且过水组件由铜材质更改为PERT等塑料材质，材料成本和零件加工成本大幅度降低，减少了铜材质过水组件所含重金属对人体的伤害，从而提升产品的市场竞争力。
在其它产品塑料出水组件联接时，现有的技术主要采用振动摩擦焊工艺、超声波焊工艺、热板焊工艺等连接工艺方法。但是，热板焊工艺主要存在塑料容易粘附在热板上且周期时间长等缺点，而振动摩擦焊工艺的部件外形有限制且部件易磨损产生聚合物防尘，超声波焊工艺的焊接件尺寸受限且容易引起焊接件的共振。
CN103640212A公开了一种过水组件激光焊接工艺，包括一软管以及套于软管端部的软管接头，所述软管接头与软管的内表面设有深色吸光部，所述软管接头外周为激光透射部，所述软管接头与软管连接处在激光束条件下进行激光熔接，所述软管与软管接头材料为PERT。该方法解决了目前塑料过水组件，尤其PERT过水组件与出水组件联接时采用振动摩擦焊工艺、超声波焊工艺、热板焊工艺等方法易出现焊接强度差，变形量大，密封性无法保障等问题，从而降低了生产成本，提高了生产质量。但其在焊接过程中需要将过水组件在激光下旋转至少一周，周期长，效率低，而且由于软管具有弹性导致在夹持定位使容易出现偏差，因此制作出的连接结构在做爆破压测试时的接头强度仅为200psi，强度较低，安全性较差。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种过水组件。本发明的另一个目的是提供一种过水组件的焊接方法以及一种过水组件的激光焊接装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种过水组件，包括软管以及套于软管端部的软管接头，软管头端与软管接头尾端相顶触且通过融焊接为一体，软管头端与软管接头尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm，软管和软管接头其中至少一个为能在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成；
或者，软管头端和软管接头尾端其中至少一个涂覆有能在在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成的涂层；
亦或者，软管头端和软管接头尾端之间设有能在在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成的熔融件。
采用以上技术方案的过水组件采用顶触焊接的方式既可以解决现有技术中的振动摩擦焊工艺、超声波焊工艺、热板焊工艺等方法易出现焊接强度差，变形量大，密封性无法保障等问题，而且对软管和软管接头的透明度没有限制，并不要求两者之间必须存在一个透明件，从而不仅降低了生产成本，提高了生产质量，而且还可以应用于更多形式的软管和软管接头，从而使用范围更加广泛。
根据本发明的另一个方面，提供了一种过水组件的焊接方法，过水组件包括软管以及套于软管端部的软管接头，软管头端与软管接头尾端相顶触且采用激光束照射将熔融材料熔融后焊接为一体，熔融焊接时软管头端与软管接头尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm；
熔融材料的熔融厚度为3～6mm；
激光束的光源为钇铝石榴石激光器或者二极管激光器，且激光束的波长为0.80～1.06μm。
在一些实施方式中，熔融材料为熔融材料为无定型塑料或者半结晶型塑料。
在一些实施方式中，熔融材料为聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PAU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和ABS塑料其中至少之一，或者聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚酰胺(PA)其中至少之一。
进一步地，熔融材料为半结晶型塑料，其微晶体直径为1～30μm。
在一些实施方式中，熔融材料中还含有占其重量30％～50％的玻璃纤维，熔融材料中的着色剂的重量份数小于0.2％。
在一些实施方式中，两个或者多个钇铝石榴石激光器或者二极管激光器沿软管接头外部圆周设置，且钇铝石榴石激光器或者二极管激光器发出的激光束沿软管接头外部形成一个360°的照射面，在一个照射工作周期内，激光束由软管接头外部同时对熔融材料进行照射。
采用以上技术方案的过水组件的焊接方法，采用一个平面形的激光束，照射时软管头端与软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，从而在焊接过程中无需将过水组件进行旋转，不仅上端了加工周期，提高了效率，而且还可以避免由于软管在夹持定位使容易出现偏差使熔融材料不能充分熔融，因此使制作出的连接结构在做爆破压测试时的接头强度高于300psi，强度更高，安全性也更好。
根据本发明的又一个方面，提供了一种过水组件的激光焊接装置，包括一个软管接头夹持部和一个软管夹持部，软管接头夹持部和软管夹持部均由两个或者更多的开合夹持部件构成，软管接头夹持部内部具有用于夹持并固定软管接头的第一容置腔，第一容置腔的形状与软管接头的外部形状相匹配，软管夹持部内部具有用于夹持并固定软管的第二容置腔，第二容置腔的形状与软管的外部形状相匹配，软管夹持部能够在一个驱动装置的作用下进入软管接头夹持部内部，并将其夹持并固定的软管头端与软管接头夹持部中夹持并固定的软管接头的尾端正对并相抵触，软管接头夹持部侧壁设有用于通过激光束的狭缝，狭缝沿软管接头夹持部侧壁圆周设置，狭缝外侧均匀设置有多个激光器，激光器发出的激光通过狭缝后形成一个沿软管接头周壁分布的平面形的激光束，激光束与软管头端与软管接头尾端之间的顶触面相对应，激光束照射时软管头端与软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，进而将软管头端与软管接头尾端之间焊接为一体。
采用以上技术方案的过水组件的激光焊接装置，激光器发出的激光通过狭缝后形成一个沿软管接头周壁分布的平面形的激光束，照射时软管头端与软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，从而在焊接过程中无需将过水组件进行旋转，不仅上端了加工周期，提高了效率，而且还可以避免由于软管在夹持定位使容易出现偏差使熔融材料不能充分熔融，因此使制作出的连接结构在做爆破压测试时的接头强度高于300psi，强度更高，安全性也更好。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的过水组件的剖面图。
图2为本发明另外两种形式的过水组件的装配图。
图3为图1所示的过水组件的焊接强度与焊缝配合面间隙宽度之间的关系曲线图。
图4为激光束分别照射无定型塑料和半结晶型塑料后产生的反射束的结构示意图。
图5为微晶体直径对于激光吸收性能的影响关系曲线图。
图6为熔融材料的熔融厚度与所需激光功率对于材料厚度的关系曲线图。
图7为激光束的三种不同光源的光学性能比较曲线图。
图8为两种不同光源的吸收效果图。
图9为熔融材料中玻璃纤维的含量与光学性能的关系曲线图。
图10为熔融材料中着色剂的含量与光学性能的关系曲线图。
图11为用于激光焊接图1所示的过水组件的激光焊接装置的结构示意图。
图12为图11所示的激光焊接装置的激光束的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种过水组件。如图所示，该装置包括软管1以及套于软管1端部的软管接头2。
其中，软管1头端与软管接头2尾端相顶触且通过融焊接为一体。
软管1头端与软管接头2尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm。
在本实施例中，软管1和软管接头2其中至少一个为能在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成。
如图2所示，软管1头端和软管2接头尾端其中至少一个涂覆有能在在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成的涂层a。
软管1头端和软管接头2尾端之间还可以设有能在在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成的熔融件b。
采用以上技术方案的过水组件采用顶触焊接的方式既可以解决现有技术中的振动摩擦焊工艺、超声波焊工艺、热板焊工艺等方法易出现焊接强度差，变形量大，密封性无法保障等问题，而且对软管和软管接头的透明度没有限制，并不要求两者之间必须存在一个透明件，从而不仅降低了生产成本，提高了生产质量，而且还可以应用于更多形式的软管和软管接头，从而使用范围更加广泛。
以上过水组件是通过以下焊接方法完成焊接的。
过水组件包括软管1以及套于软管1端部的软管接头2。
软管1头端与软管接头2尾端相顶触且采用激光束照射将熔融材料熔融后焊接为一体。
焊接强度与焊缝配合面间隙宽度之间的关系曲线图如图3所示。
如图所示，熔融焊接时软管1头端与软管接头2尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm时，焊缝的拉伸强度大于250N。
其中，熔融材料为无定型塑料或者半结晶型塑料。
激光束分别照射无定型塑料和半结晶型塑料后产生的反射束如图4所示。
如图所示，半结晶型塑料在接受激光照射后其反射束能够在熔融材料内部进行多次反射，从而使加热熔融的区域更宽。
熔融材料可以为聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PAU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和ABS塑料等无定型塑料其中至少之一，也可以为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚酰胺(PA)等半结晶型塑料其中至少之一，当然也可以是无定型塑料与半结晶型塑料进行混合。
不同的熔融材料的光学性能和焊接性能比较列于表1中。
表1不同的熔融材料的光学性能和焊接性能表
表1中，++表示非常好；+表示好；0表示可接受。
熔融材料为半结晶型塑料时，其微晶体直径对于激光吸收性能的影响如图5所示。
如图所示微晶体直径为1～30μm的半结晶型塑料的激光吸收性能明显优于微晶体直径大于30μm的半结晶型塑料的激光吸收性能。尤其是微晶体直径小于10μm的半结晶型塑料的激光吸收性能最佳。
熔融材料的熔融厚度与所需激光功率对于材料厚度的关系曲线图如图6所示。
如图所示，无定型塑料而言，由于激光束在其中以一条直线传播，其穿透所需的激光的功率与其厚度关系较不明显。
但是对于半结晶型塑料而言，由于激光束在其中进行了多次反射，其穿透所需的激光的功率与其厚度关系非常密切。熔融材料的熔融厚度为3～6mm时，所需激光的功率小于30W/cm。
激光束的三种不同光源的光学性能比较如图7。
激光束的三种不同光源的比较如表2。
表2三种不同光源的比较表
| CO2激光器 | 钇铝石榴石激光器 | 二极管激光器 | |
| 波长(μm) | 10.6 | 1.06 | 0.80～0.98 |
| 效率(％) | 5～10 | 1～3 | 30～50 |
| 密集度(dm3/kW) | 1000 | 100 | 1 |
| 结果功率(kW) | ≤30 | ≤3 | ≤3 |
| 价格(DM/kW) | 150～500 | 150～800 | 80～500 |
| 维护周期(h) | 1000 | 500 | 无需维护 |
两种不同光源的吸收效果如图8。
在本实施例中，基于成本和效率的考虑，激光束的光源为钇铝石榴石激光器或者二极管激光器，且激光束的波长为0.80～1.06μm。
熔融材料中玻璃纤维的含量与光学性能的关系如图9。
熔融材料中着色剂的含量与光学性能的关系如图10。
结合图9和图10，在本实施中，熔融材料中含有占其重量30％～50％的玻璃纤维且着色剂的重量份数小于0.2％。
在本实施例中，两个或者多个钇铝石榴石激光器或者二极管激光器沿软管接头外部圆周设置，且钇铝石榴石激光器或者二极管激光器发出的激光束沿软管接头外部形成一个360°的照射面，在一个照射工作周期内，激光束由软管接头外部同时对熔融材料进行照射。
采用以上技术方案的过水组件的焊接方法，采用一个平面形的激光束，照射时软管头端与软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，从而在焊接过程中无需将过水组件进行旋转，不仅上端了加工周期，提高了效率，而且还可以避免由于软管在夹持定位使容易出现偏差使熔融材料不能充分熔融，因此使制作出的连接结构在做爆破压测试时的接头强度高于300psi，强度更高，安全性也更好。
上述激光焊接方法是在过水组件的激光焊接装置中实现的。
如图11所示，该装置包括一个软管接头夹持部3和一个软管夹持部4。其中，软管接头夹持部3和软管夹持部4均由两个或者更多的开合夹持部件构成。
软管夹持部4与一个夹持机构5相连接，夹持机构5用于控制软管夹持部4的开合状态。
同样，软管接头夹持部3也与一个控制其开合状态的夹持机构(图未示)相连接。
软管接头夹持部3内部具有用于夹持并固定软管接头2的第一容置腔31。
第一容置腔31的形状与软管接头2的外部形状相匹配。
软管夹持部4内部具有用于夹持并固定软管1的第二容置腔41。
第二容置腔41的形状与软管1的外部形状相匹配。
软管夹持部4能够在一个驱动装置6的作用下进入软管接头夹持部3内部，并将其夹持并固定的软管1头端与软管接头夹持部3中夹持并固定的软管接头2的尾端正对并相抵触。
软管接头夹持部3侧壁设有用于通过激光束的狭缝71。
狭缝71沿软管接头夹持部3侧壁圆周设置。
狭缝71外侧均匀设置有多个激光器7。
如图12所示，激光器发出的激光通过狭缝71后形成一个沿软管接头2周壁分布的平面形的激光束，激光束与软管头端与软管接头尾端之间的顶触面相对应，激光束照射时软管头端与软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，进而将软管头端与软管接头尾端之间焊接为一体。
采用以上技术方案的过水组件的激光焊接装置，激光器发出的激光通过狭缝后形成一个沿软管接头周壁分布的平面形的激光束，照射时软管头端与软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，从而在焊接过程中无需将过水组件进行旋转，不仅上端了加工周期，提高了效率，而且还可以避免由于软管在夹持定位使容易出现偏差使熔融材料不能充分熔融，因此使制作出的连接结构在做爆破压测试时的接头强度高于300psi，强度更高，安全性也更好。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种过水组件，其特征在于：包括软管以及套于所述软管端部的软管接头，所述软管头端与所述软管接头尾端相顶触且通过融焊接为一体，所述软管头端与所述软管接头尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm，所述软管和所述软管接头其中至少一个为能在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成；
或者，所述软管头端和所述软管接头尾端其中至少一个涂覆有能在在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成的涂层；
亦或者，所述软管头端和所述软管接头尾端之间设有能在在激光束条件下进行熔融的熔融材料制成的熔融件。
2.一种过水组件的焊接方法，其特征在于，所述过水组件包括软管以及套于所述软管端部的软管接头，所述软管头端与所述软管接头尾端相顶触且采用激光束照射将熔融材料熔融后焊接为一体，熔融焊接时所述软管头端与所述软管接头尾端之间的焊缝配合面间隙宽度小于0.075mm；
所述熔融材料的熔融厚度为3～6mm；
所述激光束的光源为钇铝石榴石激光器或者二极管激光器，且所述激光束的波长为0.80～1.06μm。
3.根据权利要求2所述的过水组件的焊接方法，其特征在于，两个或者多个所述钇铝石榴石激光器或者二极管激光器沿所述软管接头外部圆周设置，且所述钇铝石榴石激光器或者二极管激光器发出的激光束沿所述软管接头外部形成一个360°的照射面，在一个照射工作周期内，所述激光束由所述软管接头外部同时对熔融材料进行照射。
4.根据权利要求2或3所述的过水组件的焊接方法，其特征在于，所述熔融材料为无定型塑料或者半结晶型塑料。
5.根据权利要求4所述的过水组件的焊接方法，其特征在于，所述熔融材料为聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯和ABS塑料其中至少之一，或者聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺其中至少之一。
6.根据权利要求4所述的过水组件的焊接方法，其特征在于，所述熔融材料为半结晶型塑料，其微晶体直径为1～30μm。
7.根据权利要求2所述的过水组件的焊接方法，其特征在于，所述熔融材料的熔融厚度为3～6mm。
8.根据权利要求2所述的过水组件的焊接方法，其特征在于，所述熔融材料中还含有占其重量30％～50％的玻璃纤维，所述熔融材料中的着色剂的重量份数小于0.2％。
9.一种过水组件的激光焊接装置，其特征在于，包括一个软管接头夹持部和一个软管夹持部，所述软管接头夹持部和所述软管夹持部均由两个或者更多的开合夹持部件构成，所述软管接头夹持部内部具有用于夹持并固定所述软管接头的第一容置腔，所述第一容置腔的形状与所述软管接头的外部形状相匹配，所述软管夹持部内部具有用于夹持并固定所述软管的第二容置腔，所述第二容置腔的形状与所述软管的外部形状相匹配，所述软管夹持部能够在一个驱动装置的作用下进入所述软管接头夹持部内部，并将其夹持并固定的所述软管头端与所述软管接头夹持部中夹持并固定的所述软管接头的尾端正对并相抵触，所述软管接头夹持部侧壁设有用于通过激光束的狭缝，所述狭缝沿所述软管接头夹持部侧壁圆周设置，所述狭缝外侧均匀设置有多个激光器，所述激光器发出的激光通过所述狭缝后形成一个沿所述软管接头周壁分布的平面形的激光束，所述激光束与所述软管头端与所述软管接头尾端之间的顶触面相对应，所述激光束照射时所述软管头端与所述软管接头尾端之间的顶触面的熔融材料同时熔融，进而将所述软管头端与所述软管接头尾端之间焊接为一体。
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