CN1618597A - 激光焊接方法、激光焊接结构以及节流阀装置 - Google Patents

激光焊接方法、激光焊接结构以及节流阀装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通过激光照射将树脂材料焊接在一起的激光焊接方法、一种使用所述方法的激光焊接结构以及节流阀装置。根据本发明，一个节流阀以及一个节流阀柄臂彼此焊接在一起。在此，所述节流阀由具有一激光束传输特性的树脂材料制造而成，并且其为所述激光束所照射之一表面上具有一凸形部。与之相反，所述节流阀柄臂由具有一激光束吸收特性的树脂材料制造而成。所述节流阀以及所述节流阀柄臂的放置使得两者将被焊接的部分彼此相向。所述激光束由所述节流阀的表面照射至将所述被焊接的部分，从而使得所述凸形部位于一被照射的区域内。

Description

激光焊接方法、激光焊接结构以及节流阀装置
技术领域
本发明涉及通过激光照射将树脂材料焊接在一起的激光焊接方法，进一步涉及一种使用所述方法的激光焊接结构，以及使用所述方法的节流阀装置。
背景技术
使用激光照射实现由树脂材料制成的两个组件之间的机械连接是公知的。例如，位于内燃机节流阀装置中的一个树脂节流阀以及一个树脂节流阀柄臂通过一个激光焊接装置彼此连接在一起(参见专利文献1)。在所述节流阀装置中，作为被焊接物体之第一组件的节流阀由一种能够传输激光束的树脂材料制成。与之相反，作为第二组件的节流阀柄臂由能够吸收激光束的树脂材料制成。因此，当所述激光束经由节流阀照射至所述节流阀柄臂时，与所述节流阀接触之所述节流阀柄臂的表面被加热。相应地其边界区域熔融，从而使得所述两个组件彼此焊接在一起。
在此，所述被焊接的部分不会作为所述最终产品的表面而出现，因此所述被焊接部分的存在与否实际上不会由所述最终产品的外表面观察到。这是不适合的。为了解决这一问题，传输激光束的组件具有一个开口，由此，所述被焊接部分的存在与否能够被直接观察到(参见专利文献2)。
专利文献1：日本专利JP-2003-13751A(第2，3页，附图1-9)
专利文献2：日本专利JP-H8-86945A(第2，3页，附图1-9)
在上述专利文献2所披露的方法中，位于所述激光束照射之位置处的所述组件内之被焊接部具有一开口的必要性最终将导致所述最终产品之机械强度的降低。特别地，对于一承受由明显的机械振动以及快速的热起伏造成之热应力的内燃机之节流阀装置而言，这一机械强度的减小是不能被接受的。
此外，鉴于由所述开口观察所述被焊接部分，因此光照情况的不同时常会造成观察所述被焊接部分的困难。其包括证实的困难，进而有可能造成误认。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够直观观察被焊接部分并且能够限制所述被焊接部分之机械强度降低的激光焊接方法、一种结构以及一种节流阀装置。
为了实现上述目的，本发明之激光焊接方法用于将第一组件以及第二组件彼此焊接在一起，其中第一组件由具有激光束传输特性的树脂材料制造而成，并且其为激光束所照射之表面具有阶梯部，所述第二部件由具有激光束吸收特性的树脂材料制造而成。在此，所述第一组件将被焊接的部分以及第二组件将被焊接的部分彼此相向，同时所述激光束由所述第一组件的表面照射至将被焊接的部分，从而使得所述阶梯部包含于所述被照射的区域内。
此外，本发明之激光焊接结构包括一个第一组件以及一个第二组件，其中第一组件由具有激光束传输特性的树脂材料制造而成，并且其为激光束所照射之表面具有阶梯部，所述第二部件由具有激光束吸收特性的树脂材料制造而成，并且包括一个面对所述第一组件之所述第一表面的一个第二表面。所述激光焊接结构进一步还包括一个被焊接部以及在所述阶梯部形成的熔融以及燃烧痕迹，在此，所述第一组件以及所述第二组件由于所述第一表面以及所述第二表面之至少一部分的共同熔融而被焊接在一起。
一个阶梯部在位于为一激光束所照射位置处的一个第一组件的表面上形成。所述激光束照射至所述阶梯部以产生熔融或燃烧，故即使在所述激光焊接工序被完成后，通过检查在所述表面之阶梯部产生的熔融或燃烧的痕迹，人们也可以很容易地直观证实以及确保所述焊接状态的实施。
此外，上述激光照射最好通过循环扫描完成，所述循环扫描在一受照射位置移动的同时循环操作。在所述循环照射过程中，通过略微扩大照射区域而使之包括所述阶梯部，故所述整个被焊接的部分以及所述阶梯部分为激光束所照射。这就消除了改变照射激光束之激光焊接装置结构的必要性，因此所述激光焊接的成本能够得以控制。
此外，上述激光照射最好采用总体照射，以使得所述被焊接部分以及所述阶梯部分为成一行排列的光源所照射。在所述总体照射过程中，通过略微扩大扫描区域而使之包括所述阶梯部，故所述整个被焊接的部分以及所述阶梯部分为激光束所照射。这就消除了改变激光照射之周期以及步骤的必要性，因此所述激光焊接工序能够得以简化。
此外，上述阶梯部最好是一个凸形部。所述激光束在所述凸形部中的照射使得所述凸形部的温度得以升高。此外，所述凸形部的热容量低于周围部分的热容量，因此不会很容易地将热量传导至周围部分。故所述激光照射能够确保所述凸形部熔融或燃烧。
此外，上述的阶梯部最好是一个凹形部。所述激光束在所述凹形部中的照射使得所述凹形部的温度得以升高。故所述凹形部在所述激光照射作用下的熔融或燃烧能够得以确保发生。
此外，上述的阶梯部最好是由激光束所照射之平面以及焊接部分形成之表面之间的空间形成的一个贯穿部。在此，所述痕迹最好接近所述贯穿部之被照射的面形成。所述激光束接近所述贯穿部之被照射面照射，使得这一部分的温度升高。因此接近所述被照射面的熔融或燃烧的产生能够得以确保。
此外，上述的第一组件最好由树脂模形成，所述树脂模具有多种形状，其中所述阶梯部是一个凸形部，其在所述树脂模中根据所述多种形状的配合面而形成。另外，上述之第一组件最好由具有一种形状的树脂模制造而成，其中成凸形及凹形部的阶梯部依照所述形状上具有的一个推动销而形成，所述推动销用于将所述第一组件由所述树脂模的所述形状中抽出。这样就可以直观地证实所述焊接状态的存在而无需增加形成所述阶梯部的步骤。
此外，在上述本发明之节流阀装置中，所述构成激光焊接结构的第一组件是一个位于所述节流阀壳体内的节流阀，所述节流阀壳体成为向所述内燃机提供燃料的通道。与之相反，所述第二组件是一个支撑所述节流阀的节流阀柄臂，从而使得所述通道的倾斜角度能够发生变化。这样一来，即使所述节流阀以及所述节流阀柄臂的焊接通过激光照射而实现，在所述焊接操作完成之后，所述焊接状态也可被直观地得以证实。
附图说明
通过下面参照附图所进行的详细描述，本发明之上述以及其它的目的，特征以及优点将变得很明显。在附图中：
图1是按照本发明之一个实施例的节流阀装置的正视图；
图2是图1所示节流阀装置的平面视图；
图3是一节流阀的平面视图；
图4是一节流阀之放大剖视图；
图5是一用于说明一节流阀装置之装配工序的视图；
图6是用于说明针对一节流阀装置的一激光焊接工序的视图；
图7是在一激光灯照射时的一节流阀的剖视图；
图8是表示一凸形部之具体形状的透视图；
图9是一阶梯部之变形的视图；
图10是一阶梯部之另一变形的视图；
图11是一阶梯部之另一变形的视图；以及
图12是一激光照射装置之另一扫描方法的视图。
具体实施方式
在下文中将参照图对按照本发明之一实施例的一个节流阀装置予以详细描述。
图1是一节流阀装置实施例的正视图。图2是图1所示节流阀装置的平面视图。正如图1及图2所示，所述节流阀装置100包括一个节流阀壳体10，一个节流阀柄臂20以及一个节流阀30。
所述节流阀壳体10构成了一个向内燃机提供燃料的进料通道，其采用诸如PBT(饱和的聚酯树脂)以及尼龙的树脂材料被模制成一个一体件。所述节流阀壳体10的中部形成有一个向外凸出的轴插入部14以及与所述进料通道12之中心轴线垂直的轴孔16。此外，所述轴插入部14内形成有一个圆环形凹槽，一个螺旋弹簧17插入其中，其一端被锁止。
所述节流阀柄臂20成一体件形成，因而一金属杆被插入且其外周为诸如PBT的合成树脂所包围。在所述节流阀柄臂20的一端，一个加速杆22与其模制成一体件。所述节流阀柄臂20可转动地插入在所述节流阀壳体10上形成的所述轴插入部14的所述轴孔16中。所述加速杆22锁止位于所述轴插入部14之所述圆环形凹槽中的所述螺旋弹簧17的另一端。此外，所述节流阀柄臂20的端部未被树脂覆盖，这样一来，所述端部可转动地被插入，同时所述金属位于所述节流阀壳体10之一个支撑部18内。
所述节流阀30是一个蝶阀并且由诸如PBT的树脂材料制造而成。图3是所述节流阀30的平面视图。图4是与所述节流阀30装配在一起的所述节流阀柄臂20的剖视图。正如图3所示，所述节流阀30包括一个圆柱形部分32以及一个向外与所述圆柱形部分32相结合的阀件部分34。所述圆柱形部分32的外表面具有一沿纵向的平直部分36。此外，所述圆柱形部分32以及所述阀件部分34之连接部的附近形成有用于加强所述连接部的多个肋。
此外，被发射的激光束由所述圆柱形部分32的平直部分36入射，之所以形成一个平直面是为了使得所述激光束能够适当地进入内部而不会发生扩散。所述平直部分36的厚度被设定成例如2毫米或更小以使得由所述表面入射的激光束均匀地到达所述节流阀柄臂20的表面。所述圆柱形部分32包括一个用于插入所述节流阀柄臂20的轴孔38。所述圆柱形部分20之剖面形成能够防止所述节流阀30转动，而无需沿所述节流阀柄臂20的轴向设置任何限制物。例如，所述轴孔38包括一个与所述平直部分36相对应的平直面以及一个圆柱面，同样地，插入所述圆柱形部分32中的所述节流阀柄臂20也包括一个与所述平直部分36相对应的平直面以及与其它部分相对应的圆柱面。
此外，所述平直部分36上形成有一个凸形部40，所述凸形部成步进状，其与所述圆柱形部分32之纵向垂直。所述凸形部40紧邻所述焊接区域41而形成。
用于形成上述节流阀30的树脂材料(特别地，所述平直部分36所用树脂材料)具有一激光束传输特性。与之相反，用于形成所述节流阀柄臂20的树脂材料(特别地，所述平直部分36所用树脂材料)具有一激光束吸收特性。因此，由所述节流阀30外部照射的激光束经所述节流阀30之所述平直部分36传输至所述节流阀柄臂20。
所述实施例之节流阀装置100包括上述的结构。下面将对装配工序予以描述，其中所述节流阀装置100的所述节流阀30以及所述节流阀柄臂20利用一激光焊接装置装配在一起。
图5用于说明一节流阀装置的装配工序。图6用于说明针对一节流阀装置的激光焊接工序。
如图5所示，所述螺旋弹簧17被插入所述节流阀壳体10之所述轴插入部14的所述圆环形凹槽15中。当所述节流阀30被放置于所述节流阀壳体10之所述进料通道12之一给定的位置时，所述节流阀柄臂20被插入所述节流阀壳体10之所述轴插入部14的轴孔16中。所述节流阀柄臂20之所述端部随后被插入所述节流阀30之所述圆柱形部分32，从而使得所述节流阀柄臂20以及所述节流阀30配合地插入所述支撑部18内，同时两者将被焊接的部分彼此相向。因此，所述节流阀30之所述圆柱形部分32位于所述节流阀壳体10内，并且位于所述节流阀柄臂20之一给定位置处。
接着，如图6所示，已被装配且未焊接在一起的节流阀装置100被放置于一处理腔200内的焊接夹紧装置210上。所述焊接夹紧装置210安装于一XY工作台212上以使得所述节流阀装置100在一给定区域内移动。一激光发射装置224放置于所述焊接夹紧装置210的上方，其通过一个光学纤维222与所述处理腔200外侧的激光焊接装置220相连。所述激光发射装置包括多个透镜以汇聚由位于激光焊接装置220内的一激光振荡总成输出的激光束，并随后将所汇聚的激光发射至固定于所述焊接夹紧装置210上的所述节流阀装置100之所述节流阀30的所述圆柱形部分32。所述激光振荡总成包括一个半导体激光振荡总成，其输出功率为20-30瓦。所述XY工作台212的移动速度被设置成大约为10毫米/秒。
在激光束由所述激光发射装置224发射至所述节流阀30之所述圆柱形部分32的所述表面(平直部分36)的同时，所述焊接夹紧装置210沿着所述平直部分36的纵向移动。例如，正如图3箭头A所示，由于XY工作台212使得所述焊接夹紧装置210沿一个方向移动，因此所述激光束的照射位置相对地由所述平直部分36之与所述凸形部40相对的一端向所述凸形部移动直至超过所述凸形部30。在此，由所述激光发射装置224发射至所述节流阀30以及所述节流阀柄臂20将被焊接部分的激光进入所述节流阀柄臂20之所述圆柱形部分32的平直部分并由其传输而到达所述节流阀柄臂20内部表面，并随后被吸收。所述激光发射使得所述节流阀柄臂20的表面被焊接，从而使得合成热熔融所述节流阀30之所述圆柱形部分32的内部。所述节流阀30以及所述节流阀柄臂20因而被焊接在一起。此外，当所述激光照射至在所述平直部分36形成的所述凸形部40时，所述凸形部40的温度升高，从而使得所述凸形部40熔融或燃烧。
在所述节流阀30之所述圆柱形部分32的一个平直部分36的激光焊接被完成后，所述节流阀装置100上下翻转以使得所述激光焊接得以在另一平直部分36上实施。
下面将对所述凸形部40予以详细说明。图8示出了所述凸形部40之具体的形状。正如图8所示，所述凸形部40的高度为A，底部宽度为B，并且具有与一照射方向相垂直的给定长度(如图3箭头A所示)。例如，所述高度A以及所述宽度B可以被设置成大约为0.3毫米。
正如上面所述，所述节流阀30之所述圆柱形部分32的所述平直部分36具有一平直的形状以便于向内接收所述激光束而使之不发生散射。与之相反，在接近所述平直部分36之端部的所述凸形部40受到照射的情况下，所述激光束发生散射，从而使得所述凸形部40的温度升高。此外，所述凸形部40的热容量低于周围的平直部分36的热容量，因而所述合成热不会很容易地传导至周围的平直部分36。这就使得所述凸形部40的温度急剧地升高，从而导致熔融以及进一步的燃烧。
因此，在本实施例之所述节流阀装置100中，所述凸形部40接近所述节流阀30之所述圆柱形部分32的平直部分36的端部形成。当通过发射激光束而在所述平直部分36进行激光焊接时，在接近所述焊接区域形成的所述凸形部40同样受到照射。当所述激光束照射至所述凸形部40时，所述凸形部40熔融或燃烧，从而在其上留下熔融或燃烧的痕迹。通过视觉观察所述痕迹的存在与否就可确定所述节流阀装置100是否受到激光焊接。
此外，所述激光照射通过在所述被照射位置移动的同时进行循环照射而实施。通过略微扩大所述照射区域(激光束照射区域)而使得所述凸形部40包括其中，所述被焊接部分以及所述凸形部40均能够为述激光束照射。这就消除了改变所述激光发射装置224或类似部件结构的必要性，从而使得激光焊接之成本的增加能够得以控制。
此外，在所述平直部分36的表面形成所述凸形部40使得所述激光束在所述凸形部40内散射，故而使得所述凸形部40的温度升高。再者，由于所述凸形部40具有一较小的热容量，所述热量不会轻易的由所述凸形部40传导至所述周围部分。这就确保了所述凸形部40在激光照射的作用下发生熔融或燃烧。
此外，在所述平直部分36的表面形成所述凸形部40使得所述平直部分36的刚度增加。
此外，本发明不局限于上述的实施例，而是可以在本发明的范围内作各种改进。在上述的实施例中，所述凸形部40紧邻所述节流阀30之所述圆柱形部分32的平直部分36的端部形成。但是，设置所述凸形部40的目的是为了防止激光束不发生散射，因此除了凸形部40之外的其它的阶梯部也可以被采用。
图9是一阶梯部之改进的实施例。在图9所示之改进的实施例中，一个凹形部42取代所述凸形部40而在所述圆柱形部分32之所述平直部分36上形成。在这种情形下，所述激光束之照射位置相对地由与所述凹形部分42相对的端部向所述凹形部分42移动直至到达所述凹形部分42。当所述激光束的照射位置到达所述凹形部42的附近时，所述激光束在所述凹形部分42的端部附近发生散射。这就使得所述端部附近的温度升高，因此所述凹形部42与所述凸形部40类似地产生熔融或燃烧。
图10是一阶梯部之另一改进的实施例。在图10所示之改进的实施例中，一个由所述平直部分36之一横截面形成的阶梯部42取代所述凸形部40而位于所述圆柱形部分32之所述平直部分36的端部表面上。在这种情形下，所述激光束之照射位置相对地由与所述阶梯部44相对的所述平直部分36的端部向所述阶梯部44移动直至到达所述阶梯部44。当所述激光束的照射位置到达所述阶梯部44时，所述激光束在所述阶梯部44的端部附近发生散射(或者在与所述平直部分36相连之部分的附近)。这就使得所述端部附近的温度升高，因此与所述凸形部40类似，所述阶梯部44附近被熔融或燃烧。
图11是一阶梯部之另一改进的实施例。在图11所示之改进的实施例中，一个贯穿部46取代所述凸形部40而在所述圆柱形部分32之所述平直部分36的端部表面上形成。在这种情形下，所述激光束之照射位置相对地由与所述贯穿部46相对的所述平直部分36的端部向所述贯穿部46移动直至到达所述贯穿部46。当所述激光束的照射位置到达所述贯穿部46时，所述激光束在所述贯穿部46的端部附近发生散射(或者在与所述平直部分36相连之部分的附近)。这就使得所述端部附近的温度升高，因此与所述凸形部40类似，所述所述贯穿部46附近被熔融或燃烧。
因此，即使当除了凸形部40之外的各种不同的阶梯部被使用时，所述被发射的激光束也可在所述平直部分36上散射。通过这些阶梯形状，所述平直部分36之相应表面的邻近区域被熔融或燃烧。因此，通过视觉观察所述痕迹的存在与否可以证实所述激光焊接的实施与否。
此外，在上述的实施例中，所述凸形部40接近所述圆柱形部分32之所述平直部分36的端部形成。然而，所述凸形部40也可环绕所述平直部分36的中心形成。此外，所述凸形部40可以是简单的锥形或圆柱形。此外，所述平直部分36的表面上可以具有多个凸形部40。
此外，在上述的实施例中，所述XY工作台212使得所述节流阀装置100移动。然而，其目的是为了改变所述激光发射装置224以及所述节流阀装置100的相对位置，因此所述激光发射装置224本身可以移动。例如，如图12所示，一个自动装置230在其臂部的末端具有一个激光发射装置224，所述自动装置230使得所述臂向一给定的方向移动，从而使得所述激光发射装置224移动。
上述的实施例已经就使得所述激光发射装置224相对于所述节流阀装置100移动的循环照射进行了说明。然而，总体照射也可以被采用，其使得激光束遍布所述被焊接区域以及所述凸形部40。
在上述的实施例中，所述激光焊接的存在与否通过观察所述凸形部40之熔融或燃烧痕迹而得以证实。此外，每次在观察所述凸形部40之熔融或燃烧的痕迹时，通过预先检测所述凸形部40熔融或燃烧的程度以及所述一激光输出强度之间的关系，由半导体激光振荡总成之寿命而决定的更换周期也可以被确定。
此外，上述的实施例已经就利用激光焊接组装所述节流阀装置100进行了说明。然而，本发明可针对这样一种情况，其中作为所述激光焊接之目标的一第一组件以及一第二组件是另外一种组合，而非节流阀30与节流阀柄臂20的组合。
很显然，本领域的普通技术人员可以对上述本发明的实施例作出各种改进。但是，本发明所要求保护的范围由下面的权利要求确定。

Claims (12)

1.一种激光焊接方法，所述方法将一第一组件以及一第二组件彼此焊接在一起，
所述第一组件由具有一激光束传输特性的树脂材料制造而成，并且其为所述激光束所照射之一表面上具有一阶梯部，
所述第二部件由具有一激光束吸收特性的树脂材料制造而成，
所述激光焊接方法包括如下的步骤：
放置所述第一组件以及所述第二组件以使得所述第一组件将被焊接的部分以及第二组件将被焊接的部分彼此相向；以及
所述激光束由所述第一组件的表面照射至将所述被焊接的部分，从而使得所述阶梯部位于所述被照射的区域内。
2.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：所述激光束的照射通过一种在一受照射位置移动的同时循环操作的循环照射完成。
3.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：所述激光束的照射通过总体照射而实施，从而使得所述被焊接部分以及所述阶梯部分立即为成一行排列的一光源所照射。
4.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：所述阶梯部为一凸形部。
5.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：所述阶梯部为一凹形部。
6.一种激光焊接结构，其包括：
一个第一组件，所述第一组件由具有激光束传输特性的树脂材料制造而成，并且其为所述激光束所照射之一表面上具有一阶梯部；
一个第二组件，所述第二部件由具有激光束吸收特性的树脂材料制造而成，并且包括一个面对所述第一组件之一第一表面的一个第二表面；
一个被焊接部，其中所述第一组件以及所述第二组件由于所述第一表面以及所述第二表面之至少一部分的共同熔融而被焊接在一起；以及
在所述阶梯部形成的一熔融以及燃烧痕迹。
7.如权利要求6所述的激光焊接结构，其特征在于：所述阶梯部是一凸形部。
8.如权利要求6所述的激光焊接结构，其特征在于：所述阶梯部是一凹形部。
9.如权利要求6所述的激光焊接结构，其特征在于：所述阶梯部是一贯穿部，所述贯穿部在所述激光束所照射之所述平面以及所述焊接部分形成之一表面之间的空间形成。
10.如权利要求6所述的激光焊接结构，其特征在于：所述第一组件由树脂模制造而成，所述树脂模之模的形状为多个，以及
所述阶梯部是一个在所述树脂模中根据所述多个模的形状的配合面而形成的一个凸形部。
11.如权利要求6所述的激光焊接结构，其特征在于：所述第一组件由树脂模制造而成，所述树脂模之模的形状唯一，以及
其中成凸形及凹形部的阶梯部依照所述形状上具有的一个推动销而形成，所述推动销用于将所述第一组件由所述树脂模的所述形状中抽出。
12.一种节流阀装置，其包括：
一个第一组件，所述第一组件由具有激光束传输特性的树脂材料制造而成，并且其为所述激光束所照射之一表面上具有一阶梯部；
一个第二组件，所述第二部件由具有激光束吸收特性的树脂材料制造而成，并且包括一个面对所述第一组件之一第一表面的一个第二表面；
一个被焊接部，其中所述第一组件以及所述第二组件由于所述第一表面以及所述第二表面之至少一部分的共同熔融而被焊接在一起；以及
在所述阶梯部形成的一熔融以及燃烧痕迹，
其特征在于：所述第一组件是一个位于所述节流阀壳体内的节流阀，所述节流阀壳体成为向一内燃机提供燃料的通道，以及
所述第二组件是一个支撑所述节流阀的节流阀柄臂，从而使得所述通道的倾斜角度能够发生变化。
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