用不同的壓力在熱塑性帶條上產生焊接接頭的方法和裝置的製作方法
2023-06-16 12:52:36 1
專利名稱：用不同的壓力在熱塑性帶條上產生焊接接頭的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種把熱塑性帶條的搭接部分緊固在一起的焊接及產生這種焊接接頭的方法和裝置。
近幾年來已有各種用來把環繞物品綑紮的熱塑性帶條的張緊環的搭接部分焊接或連接在一起的工藝方法在市場銷售和/或提出過。在該主題的範圍內，技術術語「接合」、「焊接」和「焊接接合」等通常都是可替換地用來指明把帶條部分連接或結合在一起。
在這樣的一種工藝方法中，使用一個加熱片來熔融搭接的帶條段的交界部分，然後使它們再凝固，以便形成焊接。然而，一般這種工藝方法會產生蒸汽和煙霧，這些蒸汽和煙霧是有害的。因此希望提供一種改進的消除所產生的煙霧或基本上減少煙霧的工藝方法。
另一種工藝方法是先把搭接的帶條部分壓在一起，然後在搭接的帶條部分的嚙合面之間形成單方向的或多方向的整體滑動摩擦移動，以便熔融搭接的帶條部分的交界面區域。然後在靜止狀態下，在壓力下或沒有壓力下使熔融的交界面區域凝固，以便把搭接的帶條部分連接在一起。
一般，這種能把它稱為「摩擦熔融焊」或「摩擦焊」的工藝方法已被證明對通用的熱塑性帶條材料，例如尼龍、聚酯和聚丙烯等是特別有效的。一般，這種通用的帶條使用商業上提供的寬度範圍是5mm左右到13mm左右，厚度範圍大約是在0.25mm和0.89mm之間的。用於這種帶條部分之間製造摩擦熔融焊接的一些系統都使用一些高速往復式的機構，這些機械運轉時會產生相當大的噪聲。因此希望提供一種改進的能基本上沒有什麼噪聲且產生高效摩擦熔融焊的系統。
在許多應用中，雖然熱塑性帶條上的焊接接頭已在商業上被普遍接受，然而，一般焊接接頭是圍繞包裝或其他物體加以緊固的張緊帶條環中的最薄弱的部分，因而希望有一種較強的焊接接頭。
用來產生這種獨特的帶條接合或具有較大強度的焊接和方法已在美國專利US-4，707，390號的報告和US-4，776，905號的報告中公開過。這種焊接的形成是至少先把每條帶條部分在交界面那邊的寬度方向上的厚度部分熔融(熔融或者利用加熱使其液化)，然後使帶條的熔融部分隨即凝固，以便形成焊接接頭。焊接所用的帶條是經過挑選的;它是以這樣方法進行焊接，即把一些空穴(例如原先各自分開的材料自身的空洞、氣泡或鬆散的大團)封在再凝固區域裡，如下面將要討論的那樣，已發現這些空穴將導致形成有較大強度的焊接接頭。
一般，空穴是分散在帶條焊接接頭的寬度方向的那邊的，最好是向焊接接頭的每個縱向端頭更加集中。在一種最佳的焊接接頭裡，空穴在焊接接頭中間部分的濃度基本上比在端頭的小。
在本發明的一種產生改進的焊接的方法中，可以確信，空穴是在焊接過程中由汽泡產生的。這點是確信無疑，即有幾種帶條含有大量的附加材料，例如在壓力作用下帶條部分被熔融時能以氣體形式存在水分。例如聚酯和聚醯胺尼龍是吸溼類材料，能含有一些水分。
在美國專利US-4，707，390號報告中這點被理論化了，即在這樣的帶條部分被熔融並在壓力下進行焊接時，所產生的汽泡趨向於朝焊接接頭的周緣和端部被壓出。如果在帶條部分仍然處在熔融狀態下，並且在所有的汽泡被壓出焊接區域前就把焊接的壓力卸掉則剩下的汽泡就被封閉在凝固的帶條材料裡，從而形成空穴。
如美國專利US-4，892，768號所述，空穴可能被一些其他作為帶條結構材料的一部分而提供的結構和材料所限定。特別是帶條能含有(1)至少是不產生所要求的空穴的第一種材料的第一層;(2)用來在再凝固區域裡由於加熱和隨後的再凝固而產生多個鬆散大團的第二種材料。
在一個實施例中，第二種材料是處在第一材料層的至少一個側面上，而且第二種材料限定支承在第一材料層上的第二層。作為第一種材料的例子有聚丙烯或聚乙烯對苯二甲酸酯，作為第二種材料的例子是具有本徵粘度1.0左右的聚乙烯對苯二甲酸酯。
在另一個實施例中，第二種材料是作為一種附加物而分散在第一種材料層裡的，而且至少在第一種材料層的一側表面有較大濃度。這種附加的第二種材料可以是發泡劑材料，例如5-甲基四唑化合物或甲苯磺醯氨基脲化合物。
在再一個實施例中，第二種材料可分散成佔有鬆散大團各自獨立的小球體，這種第二種材料可以是分散在聚丙烯層裡的聚異丁烯組合物，它又被載放在第一種材料層上。
用適當的焊接工藝，上述的帶條組合物能產生有空穴分布在焊接接頭裡的焊接連接，其中空穴是含在焊接接頭的外緣和端頭部分的。上面參照的美國專利報告US-4，707，390和US-4，892，768中每一篇都公開了這點，儘管空穴用來增加焊接強度的精確機理沒有被充分或正確地理解，但仍提出一種理論。特別是這點可以確信，即焊接接頭的強度改進是由焊接接頭中應力重新分配造成的，而空穴則會引起應力的重新分配。這點可以確信，即在焊接的端頭形成破裂時，焊接接頭則趨於損壞，確信這是有一些空穴傳入到破裂端點，從而降低了那裡的應力。
儘管在各種應用中上述的那種含有空穴的焊接使應力增加而且起到很好的作用，但對系統仍有一個要求，即能按慣例地和協調地以一種經濟的方式生產高質量的焊接接頭。
特別是在某些使用中已發現這點，即由帶條材料、帶條尺寸大小、和焊接參數確定的重複地生產具有所要求的高強度的合格焊接接頭的能力並不是如要求的那麼好。這點已被理論化了，即在某些情況下，空穴沒能按那種把焊接接頭的強度提高到所要求的水平的方式進行分配。例如在焊接接頭的中央部分可能有太多空穴，使焊接接頭的中央部分就可能有過量的「海綿狀的」結構，而焊接接頭的周邊部分含有的空穴太少。認為在這些情況下，實際上可能使焊接接頭的強度降低。因此希望提供一種能較好地控制焊接接頭中空穴的產生和分布的系統。
本發明提供一種在搭接的帶條段之間的改進焊接接頭，而且還提供一種裝置和方法，它們能具有那種有上述優點和特點的結構。
雖然本發明的這種新方法和裝置能有利地用某幾種帶條來生產含有封閉空穴的焊接接頭，即這種新方法和裝置可用於其他種類的用來形成不含有封閉空穴的焊接接頭帶條，這是能理解的。
本發明的一個內容是提供一種在兩條搭接的在焊接接頭處是按面對面關係配置的熱塑性帶條段之間的改進的焊接接頭。至少每條帶條段的部分厚度是從高於周圍壓力的作用的熔融狀態下再凝固的，兩條帶條段中的一條帶條段的再凝固厚度部分是和另一帶條段的再凝固厚度部分相融合的，從而形成一個連續的再凝固區域。這個再凝固區域包括一個周邊區域和一個鄰接的中央區域，在熔融態持續過程中，作用在中央區域上的高於周圍的壓力比周邊區域上的被更長時間地保持著。焊接接的特徵還在於一條帶條段的再凝固厚度部分與另一條帶條段的再凝固厚度部分融合，從而構成一個連續的再凝固區域，其中搭接的帶條段在熔融態時，中央區域和鄰接的周邊區域承受高於周圍應力的作用，但高於周圍的壓力先在周邊區域被卸掉，然後是中央區域處被卸掉。
本發明的另一個內容是提供一種製造焊接接頭的方法。這個方法包括在高於周圍的壓力下，沿著中央區域和鄰接的周邊區域裡的交界面把兩條帶條段壓成面對面接觸的步驟;和把兩條帶條段的沿著交界面上的溫度提高到是以使至少每條帶條段的交界面處的部分厚度熔融的步驟;
先把周邊區域中的高於周圍的壓力卸掉，然後把中央部分處壓力卸掉，由此使帶條段的沿著交界面的熔融部分凝固，以便形成焊接接頭的步驟。
本發明的再一個內容是提供一種用來製造在第一和第二條搭接的柔性、熱塑性帶條段之間的焊接接頭的裝置，一般可把這種裝置的特徵表示成含有三個系統。首先，這裝置有在高於周圍的壓力下沿中央區域和鄰接的周邊區域裡的交界面，把帶條段壓成面對面接觸的系統。其次，這裝置具有把帶條段的沿著交界面處的溫度提高到足以使至少每條帶條段在交界面處的部分厚度熔融的系統。最後，這裝置還具有先把作用在周邊區域裡的高於周圍的壓力卸掉，然後把中央區域卸壓的系統。這個裝置使兩條帶條段的沿交界面的熔融部分冷卻，以便使它們凝固並形成焊接接頭。
這個裝置的一個最佳實施例含有一個用來嚙合第一條搭接的帶條段的鐵砧，裝置還含有用來嚙合第二條搭接的帶條段的中央帶條嚙合件。裝置還設有用來嚙合在中央帶條嚙合件周圍第二搭接的帶條段的周邊帶條嚙合件。
這個裝置使用的加壓裝置是用來實現在一側的鐵砧與在另一側的每個帶條嚙合件之間的相對移動，以便確定若干位置(1)第一位置，在這位置上鐵砧嚙合住第一條搭接的帶條段，而中央和周邊的帶條嚙合件兩者都嚙合第二條搭接的帶條段，在壓力下把帶條段壓成面對面接觸。
(2)第二位置，在這位置上鐵砧和周邊的帶條嚙合件離開到足以把周邊的帶條嚙合件作用在帶條段上的壓力卸掉，而仍然保留著中央帶條嚙合件作用在帶條段上的壓力。
(3)第三位置，在這位置上鐵砧和中央帶條嚙合件離開到足以把中央帶條嚙合件作用在帶條段上的壓力卸掉。
最後，這裝置還具有用來把帶條段的接觸嚙合面的溫度提高到足以使至少每條帶條段的部分厚度熔融的裝置。
已發現上述的用來製造焊接接頭的裝置和方法能用某些帶條材料產生在前面所述的那種焊接接頭，即在接頭的周邊區域含有空穴的分布而在接頭的中央區域基本上沒有這樣的空穴。已發現這種焊接接頭的結構在增加焊接強度和提高對破裂擴大的阻止作用。
本發明的其他優點和特點通過下面本發明的詳細說明、從權利要求和附圖能很快得到更清楚的了解。
附圖構成了本說明書的一部分，其中相同的標號是用來表示相同的部分，附圖中
圖1是兩條透明的熱塑性帶條在以面對面方式配置的搭接範圍間的焊接接頭的部分放大透視圖，圖1表示焊接接頭的特徵，它是用誇張的尺寸大小和關係表示，從而使某些細節能清楚地看到。
圖2是把一種能產生如圖1所示的熱塑性帶條間改進的焊接接頭的裝置加以簡化、並大致概略地加以表示的立體圖，表示該裝置處在適於把一個帶環放在物品(用雙點劃線構成的虛影表示的)周圍，從而能用摩擦熔融焊接隨即將帶條的搭接範圍間的那部分焊接在一起的初始設置狀態。
圖3是上述裝置的局部放大的平面圖。
圖4是沿圖3的4-4線得到的局部橫剖面圖。
圖5是上述裝置的內部零件分解的立體圖。
圖6、8和10中的每一幅都和圖3相似，是表示裝置操作程序的示意圖。圖7、9和11中的每一幅都和圖4相似，是分別與圖6、8和10所示的操作程序相對應的示意圖。
下面，參照著附圖來說明最佳實施例。
雖然本發明可以有許多不同形式的實施例，但在這份說明書和附圖裡只公開一種特殊的焊接接頭，一個用來製造這接頭的基本方法和用來實施這方法的裝置的最佳實施例。這些都是將其作為本發明的例子來例舉說明的，而本發明不受這些例子限定，本發明的範圍由本發明的權利要求書提出。
為了便於描述，本發明的裝置是用正常(筆直的)操作位置，並且以這位置為基準，利用上面、下面、水平等術語加以描述的。然而，這點是很清楚的，即本發明的裝置能以不同於上述的取向進行製造、儲存、運輸、應用和銷售。
說明裝置的實施列的一些附圖表示了本技術領域的普通技術人員公知一些結構細節和機械零件，這些零件的詳細描述對理解本發明是不必要的，因此這裡就不再贅述。
本發明裝置的特徵可以表示成設置在實施熱塑性帶條搭接範圍間的摩擦熔融的工具或綑紮機器中的一個組件，這種綑紮機器或工具可應用某些一般的構件，儘管未以充分說明或描述這些構件的細節，但這對本技術領域裡的普通技術人員來說是顯而易見的，對這樣構件的一些必然的功能是能理解的。
圖1大致說明本發明的焊接接頭的實施例。接頭在帶條S的搭接部分上形成。一般，帶條S可以以一段繞物品A(參見圖2)一圈配置的形式供給。帶條S具有柔軟性、強度、耐磨性、和組份穩定性以及那些適於用作預定的特殊應用的帶條特性。
一般的熱塑性帶條有尼龍、聚丙烯、和聚乙烯對苯二甲酸酯。用這些材料構成的帶條可用大致上相似的工藝加以製造，例如可用美國專利US-3，394，045公開的用來製造聚丙烯包紮帶條的工藝。
一般帶條的材料在商業上可從包括美國在內的世界各個組織機構買到，例如，在美國，聚乙烯對苯二甲酸酯帶條由Signode股份有限公司，3600WestLakeAvenue，Glenview，Illinois60025，U.S.A以產品牌名為「TenaxB」加以銷售。這是一種可以用於要求產生一種改進的具有增加焊接強度的封閉空穴的焊接接頭的帶條。「TenaxB」具有約為0.95的固有粘度。Signode股份有限公司還銷售一種產品牌名為「TenaxA」的帶條，它是一種能產生改進焊接的、有約為0.62的固有粘度的聚乙烯對苯二甲酸酯帶條。這些材料具有各種不同的單軸定向的能力。足以為各種專門的通常綑紮帶的應用提供所要求的強度。
圖1所示的焊接接頭是用上述的牌號為「TenaxB」材料的帶條S形成的，帶條S包括第一帶條段U、或稱上部帶條段和第二帶條段L、或和下部帶條段、帶條段U和L是按沿著一條伸長的帶條安放通道或放在其中成搭接關係配置的。每條帶條部分U和L的厚度方向部分形成再凝固區域4，它構成焊接區。焊接區的每條帶條部分的厚度方向那部分是由熔融態再凝固形成的。上部帶條段U的再凝固厚度部分與下部帶條段L的再凝固厚度部分相互熔合在一起。
在圖1所述的實施例中，焊接包括一個大致呈圓形的中心區域C，一個周邊區域P位於中心區域C的外邊。在圖1所述的焊接接頭的最佳實施例中，周邊區域P圍繞著中心區域C，除了帶條S的橫向側緣上的周邊區域P的那部分被「切去」外，周邊區域P大致呈圓環形。而如果應用較寬的帶條S，周邊區域P就會有完整的圓環形。
周邊區域P含有多個空穴16(例如空洞、氣泡、或者原先分開的材料的細小空隙)，它們是封閉在再凝固區域14的周邊部分裡的。另一方面，中心區域C基本上不具有這種空穴16。如下面將要說明的那樣，產生圖1所示的焊接接頭的新方法會造成基本上所有的空穴16都被分配到周邊區域P裡，而中心區域C裡基本上不存在空穴16。
如上所述，這點可確信，即焊接接頭強度的改進是由焊接區域中應力重新分配引起的，而且，那些空穴會造成應力的重新分配。這點可相信即空穴減小了破裂的端部處的應力，這是由於在該處應力開始傳入一個或多個空穴。空穴16增加接頭強度的精確機理不必充分理解，而且這裡不想受如上所述的理論或解釋的任何束縛。在特殊的焊接中在周邊區域P裡邊空穴16的數量、大小、和分布都可能發生變化，而且在某種程度上會取決於帶條的寬度和厚度及焊接，而且取決於帶條S的特殊組成和所使用的專門的焊接技術。
例如，每條帶條段U和L的公稱厚度可以是0.5mm左右，每條帶條段U和L的寬度可以是11mm左右。沿著帶條S的長度方向所完成的焊接長度可以是17mm左右。對這種型號和尺寸大小的帶條S來說，焊接接頭的厚度、即再凝固區域14的厚度較典型的可以是0.1mm左右。當然，這些尺寸將隨著所用帶條的尺寸大小，及製造焊接接頭用的方法和裝置而改變。
對圖1所示的這種典型的帶條S和和焊接來說，空穴16一般都有一個立體的構形，這種形狀是不規則的，不完全是一個球形。那些典型的空穴16並不是全都有同樣的尺寸大小。例如，這些空穴的實體數目可以有再凝固區域14的厚度的25%至50%左右那麼大的尺寸。當然，這些空穴16的尺寸大小分布是取決於帶條材料、帶條尺寸、和製造焊接接頭用的專門方法。
當用下述裝置的最佳實施例製造焊接接頭時，上部帶條段U被這裝置用這種方法加以嚙合住，即在這條帶條段U的上表面上產生一個夾緊標記的圖案或一些壓痕20。這些壓痕20本質上不是焊接接頭部分，這種壓痕的有無或者壓痕的形狀和尺寸均取決於製造焊接接頭所用的方法。
圖1所示的焊接接頭可以用圖2-11所示的裝置加以製造。圖2所示的裝置30是處在這種結構形式，即這個裝置是設置在綑紮機器中的，有一個物體A放置在這綑紮機器上、或放在其中。為了便於說明，通用的綑紮機器的一些其他零件部被省略掉了。
裝置30有一個鐵砧32，用它來嚙合第一條搭接帶條的帶條段U。在所述的最佳實施例中，這個鐵砧32設置在裝置30的頂上，並由機器的框架保持在那裡(圖中沒有表示機器框架)。最好鐵砧32的下表面的鋸齒或齒狀物34(見圖4)，用來緊緊在嚙合住上部帶條段U;鐵砧的頂部表面可以是光滑的。
一般，物品A被放置在鐵砧32的頂上的機器的周圍部分上，這樣就能如圖2所示地把帶條S環繞物品A。上部帶條段U的那部分可用這裡沒有表示的通用裝置夾緊，這樣，機器就能曳拉下部帶條段L，從而把圍繞物品A的帶條環緊緊地張緊。張緊裝置可採用任意一種合適的專用或通用的機械(這裡沒表示)，而且這種機械不構成本發明部分內容。在帶條環被張緊之後，用下在詳細說明的裝置30形成的熔融焊接將搭接的帶條段U和L焊接在一起。
當帶條S在物品A周圍初始環繞時，搭接的帶條段U和L可以如圖4所示地初始較松馳地配置在鐵砧32的下邊，但上部帶條段U和下部帶條段L可以用機器上的專用或通用裝置(這裡沒表示)加以適當地夾緊，使鐵砧32的任意一側上的帶條環都保持在張緊狀態下。
一般，在綑紮機器中使用的通用系統中，帶條S是從帶條供給盤(圖中沒表示)接出的，因此，在起始階段，下部帶條段L的曳拉部分E從帶條搭接區域延伸並通過一個張緊機械(圖中沒表示)到帶條供給盤。可以使這張緊機械與把上部帶條段U保持在適當位置上的合適的卡緊系統相結合地運轉來保持帶重環張緊。
鐵砧32是能用圖2中用虛線簡略地表示的適當定位裝置或壓力裝置使其沿雙箭頭33方向垂直移動，這取決於裝置在運轉中的特定階段，鐵砧32可以保留在第一或最低(如圖6和7所示)位置上、第二或中間位置(如圖8和9所示)上、和第三或最高位置(如圖3、4、10和11所示)上。鐵砧32的垂直移動可以由任何合適的專用或通用機械(圖中沒表示)加以實施。，而這種機械的設計和運轉的細節不構成本發明部分的內容。
鐵砧32也可以在平行於物品A的底面的平面內移動。尤其是，最好鐵砧32能夠在圖2和3中用實線表示的伸出位置和在圖3中用虛線36構成的虛影所示的縮回位置間移動(即在垂直於圖4平面的平面內)。在伸出位置上，鐵砧32處在搭接的帶條段U和L的上面，在縮回位置上，鐵砧32處在與搭接帶條段U和L隔開的位置。一般，在帶條環上形成焊接接頭後，鐵砧32縮回，因此被綑紮的物品A能容易地從綑紮機器上取出。鐵砧32可以由合適的專用或通用機械(圖中沒表示)使其伸出和縮回，這些機械的細節不是本發明的要素。
裝置30有一個設置在鐵砧32下邊的支撐機架40，這個機架40有一個圓柱形腔室42，機架也有一個裝在腔室42中的軸承44。
為了使驅動軸46繞垂直軸線48轉動，驅動同46適於裝在腔室42中的軸承44上，驅動軸46有一個帶有腔室54的放大的上部分50，腔室54是個圓柱形驅動腔室，它具有與驅動軸線48平行，但徑向偏離x設置的旋轉軸線58。驅軸46的下端部有適當的結構形式(如圖5所示)，用來與合適的轉動裝置、例如電動馬達驅動系統(圖中沒表示)嚙合，因此驅動軸46能繞縱軸48旋轉。
在驅動軸46被裝到機架腔室42中的軸承44上和連接到驅動系統上之前，把各個內部零件都裝配到驅動軸腔室54中。尤其是要把滾珠止推軸承和滾針軸承組合件60組裝在腔室54中，組件60可以是一個適當的專用或通用的裝置，它限定了一個中心圓柱形孔64(參見圖4)。組合件60還有一個圓周形的保持凹槽62，在驅動軸上部分50的一側有一個用來放置C形保持夾70的縫隙68(參見圖5)。在把軸承組件60裝入驅動軸腔室51中時，可把保持夾70插到驅動軸縫隙68中，並與軸承組件60上的凹槽62的那部分相嚙合，從而把軸承組件60保持在適當位置上。
在軸承組件60被裝入驅動軸46之前，把一些其他零件裝配在軸承組件60中，尤其是如圖5所示，在軸承組件孔64裡配置一個擺動構件76，它有一個軸78和一個放大的圓盤狀的周邊的帶條嚙合件80。軸78被適當地配置在軸承組件60的孔64中。最好在把擺動構件76裝入軸承組件60之前，把一個氈圈83設置在周邊的帶條嚙合件80下邊的擺動構件軸78上。
軸78的底部有一個設置大的開口環84用的凹槽82。在開口環84被裝上之前、但在擺動物件76已被裝在軸承組件60中以後，一個止推墊圈86被裝在軸承組件60下邊的軸78上，然後把開口環84裝在軸78上，從而把止推墊圈86保持在適當位置上。
擺動構件76的帶條嚙合件80有一個圍繞著中心孔90的圓環形的帶條嚙合表面112，孔90有一個用來裝設柱塞92用的直徑縮小的中間部分91(參見圖4)和一個直徑進一步縮小的下面部分93(參見圖4)。柱塞92有一個軸94和一個放大的中央帶條嚙合件96。圍繞著柱塞軸94裝設著一個螺旋管狀的壓縮彈簧98，而且如圖4所示，柱塞92和彈簧98被插在擺動構件76的孔90、91和93中。
柱塞軸94的底端突出在擺動構件76的底端下邊，在接近柱塞軸94的底端處有一個用來裝設開口環104的凹槽102(參見圖5)，這個開口環104支承在擺動構件軸78(參見圖4)的底端上，從而把柱塞92保持在擺動構件76中。
在柱塞92、彈簧98、擺動構件76、止推墊片86、和開口環84及104被適當地裝配好後，裝配件被裝在驅動軸46的偏心孔54中，然後，將保持夾70插到驅動軸的縫隙68中，從而把軸承組件60保持在驅動軸46中的適當位置上。
最後，把準備好的圓環形的保持圈108安裝在驅動軸46的頂部上，從而把保持夾70保持在縫隙68中。圈108的上部邊緣沿著周邊的帶條嚙合件80的旁側突出。但沒超過帶條嚙合表面112。
在這麼多零件被裝配到驅動軸46中之後，可把驅動軸46安裝到機架40中，並且把驅動軸與驅動裝置相接(圖中沒表示驅動裝置)。
在如圖3和4所示的裝配好的靜止位置上，彈簧98使柱塞92偏向到最上的位置，它是由開口環104與擺動構件76(參見圖4)的底相嚙合所確定的。柱塞的帶條嚙合件96朝上突出在擺動構件的周邊帶條嚙合件80的頂上，因此柱塞的帶條嚙合件96將首先嚙合下部帶條段L，並把帶條段L保持在偏離周邊的帶條嚙合件80較遠處，直到柱塞92受到向下足夠大的力作用。
在所述的這個最佳實施例中，柱塞92的中央帶條嚙合件96有一般光滑的頂面110，而擺動構件76的周邊的帶條嚙合件的頂面112最好有用來嚙合下部的搭接帶條L的齒狀物，在這裡討論的這個最佳實施例中，這些齒狀物大致上有規律地排列在圓環狀表面112上，而且這些齒狀物是按正交的行列排列的。每個齒有四個向裡集中成一點的外部側面，而且每個側面上以約60度角傾斜的。每個齒的高度約0.35mm，在每一列的相鄰的齒是分隔開的，例如頂和頂隔開約0.75mm，而底和底隔開約0.35mm。在鐵砧32上的齒狀物34的形狀和式樣也可以是這樣的或者類似於這樣。此外，也可利用其他合適的齒形和式樣。
通常，裝置30能以一種有效的方式進行運轉，從而在減小噪聲和產生較少或不產生煙霧的狀態下作出摩擦熔融焊接。尤其是一開始把鐵砧32以充分提高到如圖3和4所示的位置移動到如圖6和7所示的充分降低的位置。如圖7所示，使鐵砧32沿著箭頭126的方向朝著柱塞92的面朝上的帶條嚙合表面110向下移動。
在充分降低位置，鐵砧32嚙合在第一條帶條的搭接段U上，並且把它向下壓向下部帶條段L，因此使下部帶條段L的底面嚙合在柱塞的帶條嚙合表面110上。鐵砧32的繼續向下移動迫使柱塞92克服彈簧98的壓縮力向下移動，直到帶條嚙合表面110基本上與圓環狀的帶條嚙合件80的周邊帶條嚙合表面112處在同一平面上。以這種方式，這個帶條段U和L維持在鐵砧32和帶條嚙合面110及112之間的壓力下，受壓成面對面接觸狀態。鐵砧的齒狀物34夾住上部帶條段U的頂面，把它保持成不動。周邊的帶條嚙合面112的齒夾住下部帶條L的底面，這樣，帶條段L就能隨著帶條嚙合面112沿著並相對於不動的上部帶條段U移動和滑動。
在這種最佳運轉形式中，驅動軸46是連續地轉動著，即使在帶條段U和L被壓向帶條嚙合面110和112之前，鐵砧32處在充分提高的位置(參見圖4)上時，這個驅動軸46也在轉動。由於帶條嚙合面110和112是設置在一些轉動軸線58偏離的驅動軸轉動軸線48的構件上，因此帶條嚙合面是圍繞驅動軸線48作圓周軌道移動。當然這個圓周軌道移動是由軸線58和驅動軸線48之間的偏離距離x限定的，而且最大的位移是偏離距離x的兩倍。
如圖7所示，當下部帶條段L被帶條嚙合面110和112嚙合，而使帶條段U和L被壓在一起時，被夾住的下部帶段L受圓周軌道移動的支配。由帶條段L形成的在兩個帶條段U和L之間實施的相對的整體滑動造成每條帶條段交界面上的厚度方向部分相互接觸，並使帶條段的熔融部分融合。
緊接著，如圖9所示，在驅動軸46繼續轉動並使下部帶條段L擺動時，而且在帶條段維持交界面被熔融的狀態下，使鐵砧32沿箭頭132的方向朝上移動，把鐵砧32朝上移動到使鐵砧32和周邊的帶條嚙合面分開到足以把周邊帶條嚙合件作用在帶條段上的壓力卸掉的中間位置上。由於鐵砧32仍被保持在足夠低的高度上，因此柱塞92受彈簧98的作用而朝外偏置，以便保持中央帶條嚙合面110與下部帶條段L的底面的嚙合，這就保持作用在帶條段的中央區域上的壓力。
柱塞92仍然由轉動的驅動軸46的作用而進行圓周軌道的移動，但柱塞的帶條嚙合面110是光滑的，相對於下部帶條段L的底部進行滑動，因此，當下部帶條段L受到柱塞92的朝上方向的力作用時，它保持在與上部帶條段U固緊的狀態下。由光滑的柱塞92作用在帶條段L上的那些摩擦力不足以克服帶條交界面上熔融部分的粘性嚙合。
由柱塞92作用在帶條段U和L上的力維持一段預定的時間間隔。在熔融的帶條部分完全再凝固並形成焊接區之前，柱塞92不必一直嚙合著。然而，柱塞92對帶條焊接中央區域的向上作用力對那些在焊接過程中會形成許多封閉的空穴的場合肯定提供許多特別的好處。例如，當帶條是聚酯帶條時，如上述的「TenaxB」牌號的帶條，在熔融的帶條部分會形成許多空穴或氣泡。在某些場合下過量的蒸汽會在焊接部分產生過量的氣泡，這會降低焊接強度。然而，業已發現，即用本發明的裝置，柱塞92使熔融帶條材料的中央部分受到連續的壓力，這壓力肯定會迫使空穴或氣泡快速地向外移到熔融的帶條材料交界面的周邊部分，這就選成在中央部分沒有或很少有氣泡，而有氣泡的區域大致呈圓環形分布。
這樣，當焊接時會產生許多氣泡情況下，焊接接頭的形態將基本如圖1簡略地表示的那樣，其中的焊接中央部分C基本不含空穴或氣泡16，周邊區域P裡則密集地含有這種氣泡16。在圖1所示的帶條上表面上的刻痕20一般是由上部帶條段U和鐵砧34的嚙合形成的。
另一方面，可以確信，即與中央區域裡的氣泡數量相對應的在周邊區域裡的氣泡數量取決於帶條材料的種類、所使用的壓力、持續的時間。在這持續時間裡，柱塞92保持在與帶條嚙合而周邊的帶條嚙合面110與帶條脫離嚙合。
在預定的時間間隔之後，鐵砧32被進一步向上移動到如圖10和11所示的初始被充分提高的位置上。圖11中的箭頭138表示鐵砧32進一步向上移動的方向。因此，由柱塞92作用在焊接帶條的中央部分上的壓力這時就結束。
在鐵砧32被朝上移動到充分提高的位置上時，搭接帶條U和L可能還保持在鐵砧32的底面上。如果上部帶條段U粘嵌到鐵砧32的齒狀物上就能發生這種情況。
在搭接的帶條段的熔融部分完全再凝固之前就可把鐵砧32返回充分提高的位置(參見圖11)上。或者，也可把鐵砧32保持在中間位置(參見圖9)上，以便把焊接區域中的帶條中央部分保持在壓力作用下，直到帶條材料的整個焊接區域中的熔融部分基本或完全再凝固。
在把鐵砧32提升到圖11所示的充分提高的位置的過程中，驅動軸46可以繼續轉動。最好這個驅動軸46連續地轉動，這可避免將迴轉機構開動和停止。這能減少對機器的磨損和允許進行快循環地運轉，因為沒有必要等待一些零件達到最大的設計擺動速度。一般，驅動軸的轉動只有在操作人員認為下一個帶條部分焊接之前要有一段暫停的時間間隔的時候才停止。
在一種典型的綑紮機應用中，帶條是從一個供帶盤以連續的帶段形式提供的，帶條的曳拉部分(參見圖1的部分E)由一個適當的機構(圖中沒表示)切斷。帶條曳拉部分的切斷可在形成帶條焊接接頭之前或以後進行，這取決於所使用的綑紮機的結構類型。
這裡研究的本發明的這種形式中，裝置30可運轉到驅動軸以每分鐘16，000轉和20，000轉之間的速度進行轉動。由周邊帶條嚙合面112作用的壓力最好在每平方英寸約500磅到每平方英寸1000磅之間。由中央柱塞帶條嚙合面110作用的壓力是在約每平方英寸100磅和約每平方英寸300磅之間。周邊嚙合面112與下部帶條段L嚙合的時間周期範圍大約在100毫秒到1000毫秒之間。柱塞92與下部帶條段L嚙合的時間周期範圍大約比周邊嚙合面112嚙合的時間周期長50-300毫秒。中心偏離距離x約是0.5mm和0.8mm之間。
在上面所列的參數範圍裡運轉的系統可用來焊接上述的牌號為TenaxB的帶條，它的寬度大約是11mm、厚度是0.5mm左右。對這種帶條而言，中央柱塞嚙合面110的直徑大約是7.9mm;圓環形嚙合面112的內徑可以是8mm左右，而外徑可是15.7mm左右。帶條嚙合面110和112的齒狀物的形狀也可以如上所述的那樣。
當然，上面所述的一些運轉參數(即速度、壓力等等)能用來構成本發明的一個例子。另一方面，這些參數是可以隨著對焊接接頭的專門特殊要求的特徵、帶條的組成、帶條的尺寸大小、裝置的帶條嚙合面的尺寸等因素而變化的。
由圖2-11所描述的裝置的這個最佳實施例非常有效地提供一個能高效率、穩定、而且基本上沒有煙霧的、在兩條搭接的熱塑性帶條段間製造焊接接頭的工藝方法。這個工藝方法的特徵在於它有下列一些步驟，即首先，在高於周圍的壓力下，沿著在中央區域(圖1的區域C)和鄰接的周邊區域(圖1的區域P)的交界面，迫使帶條段面對面地接觸嚙合。其次，沿著交界面把帶條段的溫度提高到足以使每條帶條至少在交界面處的厚度方向部分熔融。最後，先把周邊區域的高於周圍的壓力卸掉，然後把中央區域的壓力卸掉。在進行這個工藝過程中，當把溫度提高到足以熔融交界面處帶條的厚度部分之後，可使帶條部分冷卻，然後使帶條段的熔融部分沿著交界面凝固，以形成焊接接頭。冷卻可以在卸下周邊區域上的壓力之前開始，甚至可以在卸下周邊區域上的壓力之前就完成。
雖然用上面參照著附圖2-11所述的裝置30的最佳實施例就能方便地實現上述的工藝方法，但另外一些不使用摩擦熔融工藝過程的適當的裝置也能用來實現上述的工藝方法。例如，用一個可裝成不作轉動的系統成一個不作繞軌道運動系統的、分別與柱塞92和周邊嚙合件80相似的一個柱塞件和一個周邊嚙合件;可用一個適當的裝置，例如，用一個電阻加熱片一開始就和搭接帶條的相對著的表面接觸，以便熔融每條帶條的厚度部分;然後，可把加熱片抽出，並把在帶條部分一側的鐵砧和另一側的中央柱塞與周邊嚙合件之間的帶條部分壓在一起;隨後把周邊嚙合件縮回(或者把鐵砧提高)到僅僅與嚙合著的中央柱塞脫離，以便繼續對帶條焊接範圍內的中央區域施加壓力。最後，把鐵砧和中央柱塞分到足以終止施加壓力並使其形成帶條焊接。
這種工藝方法可用於如聚酯那樣的帶條材料，這種材料容易釋放造成焊接接頭中的空穴或氣泡的氣體。然而，這種工藝方法也可用於其他類型的帶條材料，它們很少產生或不易產生帶條焊接接頭中的封閉空穴或氣泡。
這點很清楚，即本發明的這種新穎裝置可以用比較容易裝配的而且有運轉優越性的結構加以實施。
此外，用某些種類的帶條是能夠提供具有改進強度特徵的帶條焊接。本發明的工藝方法也能以協調和能重複的方式產生高質量的焊接。
從上面對本發明的詳細描述和說明可以清楚了解這點，即在不偏離本發明精神和構思或原則的範圍情況下能對本發明作出許多變化或改進。
權利要求
1.一種用來製造在第一條和第二條搭接的柔性、熱塑性帶條段間的焊接接頭的裝置，其特徵在於上述的裝置含有一個機架；一個能使其移動到與上述的第一條搭接的帶條段嚙合的位置上且支撐在上述機架上的鐵砧；一個在上述的機架裡繞軸線可轉動地安裝的驅動軸，和一個由驅動軸限定的圓柱形的驅動腔室，該腔室的軸線與驅動軸軸線平行，但又徑向偏置；一個周邊的帶條嚙合件，它有一個可轉動地安裝在上述驅動軸腔室裡的圓柱形被驅的軸和一個與上述第二條搭接的帶條段嚙合的圓環形帶條嚙合面；一個由上述周邊的帶條嚙合件支承的而且能在周邊的帶條嚙合件的圓環形帶條嚙合面中與上述第二條搭接的帶條段嚙合的中央帶條嚙合件；一個由上述的周邊的帶條嚙合件支承的彈性裝置，用來使上述的中央帶條嚙合件相對於周邊的帶條嚙合件、朝著鐵砧、從充分壓下的位置偏移到充分伸出的位置；一個在上述機架上的定位裝置，用來把鐵砧移動到(1)第一位置，在這位置上，鐵砧能與第一條搭接的帶條段嚙合，而且中央的與周邊的帶條嚙合件都與第二條搭接的帶條段嚙合，使這兩條帶條段在壓力作用下成面對面地接觸，(2)第二位置，在這位置上，上述鐵砧和周邊的帶條嚙合件離開到足以卸掉上述周邊的帶條嚙合件作用在上述兩條帶條段上的壓力，而中央帶條嚙合件作用在上述兩條帶條上的壓力仍然保留著，(3)第三位置，在這位置上，上述鐵砧與中央帶條嚙合件離開到足以卸掉中央帶條嚙合件作用在上述兩條帶條段上的壓力；和轉動裝置，用來使驅動軸繞軸線轉動，由此使上述的中央和周邊的帶條嚙合件兩者都按照大致是圓形的軌道、繞上述的軸線作擺動。
2.一種用來製造在第一條和第二條搭接的柔性、熱塑性帶條段間的焊接接頭的裝置，其特徵在於上述的裝置含有;一個鐵砧，用來嚙合上述第一條搭接的帶條段;一個中央帶條嚙合件，用來嚙合上述第二條搭接的帶條段;一個周邊帶條嚙合件，用來嚙合上述的中央帶條嚙合件周圍的第二條搭接的帶條段;加壓裝置，用來使上述的在一側的鐵砧和在另一側的帶條嚙合件中的每一個相對移動到(1)第一位置，在這位置上，鐵砧嚙合上述的第一條搭接的帶條段，而且上述中央的和周邊的帶條嚙合件兩者都與第二條搭接的帶條段嚙合，在壓力下把上述兩條帶條段壓成面對面地接觸上，(2)第二位置，在這位置上，上述鐵砧和周邊的帶條嚙合件離開到足以把上述周邊的帶條嚙合件作用在上述兩條帶條段上的壓力卸掉，而中央帶條嚙合件作用在上述兩個帶條段上的壓力仍然保留著，(3)第三位置，在這位置上，上述鐵砧與中央帶條嚙合件離開到足以把中央帶條嚙合件作用在上述兩個帶條段上的壓力卸掉;和把上述的兩條帶條段的接觸面的溫度提高到至少把每條帶條段的厚度部分熔融的裝置。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於上述的加壓裝置包括(a)彈性裝置，用來把上述的中央帶條嚙合件相對於周邊的帶條嚙合件、朝著鐵砧，從充分壓低的位置偏移到充分伸出的位置;(b)定位裝置，用來(1)使上述鐵砧沿第一方向移動，即使其對著在上述第一位置上的中央和周邊的帶條嚙合件兩者移動到將上述的兩條搭接的帶條段壓實;(2)使上述鐵砧沿著與第一方向相反的方向移動到第二位置，在這位置上，中央帶條嚙合件仍然偏移成與上述第二條搭接的帶條段嚙合，而上述的周邊的帶條嚙合件則與第二條搭接的帶條段脫離嚙合;(3)使上述鐵砧進一步沿著上述的第二方向移動到第三位置，即移動到把上述鐵砧和中央帶條嚙合件之間的作用在上述搭接的帶條段上的壓力卸掉的位置上。
4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於上述的周邊的帶條嚙合件是有夾住上述第二條搭接的帶條段用的齒狀物的。
5.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於上述的鐵砧具有帶齒的帶條嚙合面，而且上述的中央帶條嚙合件有一個基本上是圓形的、光滑的帶條嚙合面，因而適於相對上述的第二條搭接的帶條段的表面進行滑動。
6.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於上述的用來提高溫度的裝置有一個擺動裝置，它是用一實現上述的在一側的鐵砧與在另一側的兩個帶條嚙合件之相對的封閉形軌道的擺動，從而形成上述兩條帶條段間相對的整體滑動。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於上述的中央帶條嚙合件是由周邊的帶條嚙合件支承的;上述的裝置有一個機架;上述的擺動裝置有一個繞軸線轉動地安裝在機架裡的驅動軸，和一個由驅動軸限定的圓柱形的驅動腔室，腔室的軸線是與驅動軸軸線平行的、但又徑向偏置的;上述周邊的帶條嚙合件有一個能轉動地安裝在驅動軸腔室裡的圓柱形被驅動軸。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於上述的周邊的帶條嚙合件限定一由圓環形的帶齒的帶條嚙合面圍繞著的孔;上述的中央帶條嚙合件是能滑動地安裝在用作在充分壓下的位置和充分伸出的位置間移動的凹槽中的;上述的加壓裝置包括(a)一個壓縮彈簧，它是裝在上述的孔裡的，一端與上述周邊的帶條嚙合件嚙合，另一端與中央的帶條嚙合件嚙合，從而使中央帶條嚙合件朝上述充分伸出的位置偏移;(b)定位裝置，用來(1)使上述鐵砧沿第一方向移動，即使其對著在上述第一位置上的中央和周邊的帶條嚙合件兩者移動到將上述的兩條搭接的帶條段壓實;(2)使上述鐵砧沿著與第一方向相反的方向移動到第二位置，在這位置上，中央帶條嚙合件仍然偏移成與上述第二條搭接的帶條段嚙合，而上述的周邊的帶條嚙合件則與第二條搭接的帶條段脫離嚙合;(3)使上述鐵砧進一步沿著上述的第二方向移動到第三位置，即移動到把上述鐵砧和中央帶條嚙合件之間的作用在上述搭接的帶條段上的壓力卸掉的位置上。
9.一種用來製造在第一條和第二條搭接的柔性、熱塑性帶條段間的焊接接頭的裝置，其特徵在於上述的裝置含有加壓裝置，用來把上述的帶條段的沿著中央區域和鄰接的周邊區域上的交界面，在高於周圍的壓力下壓成面對面接觸的;用來把沿著上述交界面的兩條帶條段的溫度提高到至少把上述交界面上的每條帶條段的厚度部分熔融的裝置;用來先把上述的周邊區域的高於周圍的壓力卸掉，然後把上述的中央區域的高於周圍的壓力卸掉，由此使上述兩條帶條段的沿交界面處的熔融部分凝固，從而形成焊接接頭的裝置。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於上述的用來提高溫度的裝置有使上述的帶條之間進行相對整體滑動，由此至少使上述每條帶條段在上述中央區域和周邊區域上，沿上述交界面處的厚度部分熔融的裝置。
11.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於上述的裝置有一個鐵砧;一個具有圓環形帶條嚙合面的周邊的帶條嚙合件和一個具有裝在上述圓環形帶條嚙合面中間的、有圓形的中央帶條嚙合面的中央帶條嚙合件。
12.一個焊接接頭，它是在上述焊接接頭處，以面對面關係配置的兩條搭接的熱塑性帶條段之間的，其特徵在於上述的焊接接頭至少有上述的每條帶條段的在高於周圍的壓力下，由熔融態再凝固的厚度部分;上述兩條帶條段中的一條帶條段的再凝固厚度部分是與另一條帶條段的再凝固厚度部分融合的，以形成一個連續的再凝固區域，上述的再凝固區域包括一個周邊區域和一個鄰接中央區域;在熔融態持續過程中，在中央區域上的高於周圍的壓力作用時間保持得比上述周邊區域上的長。
13.如權利要求12所述焊接接頭，其特徵在於上述的帶條是聚酯，而且上述的周邊再凝固區域有多個封閉的空穴。
14.如權利要求12所述的焊接接頭，其特徵在於上述的中央再凝固區域有大致呈圓盤形的結構形狀。
15.一個焊接接頭，它是在上述焊接接頭處以面對面的關係配置的兩條搭接的熱塑性帶條段之間的，其特徵在於上述的焊接接頭至少有上述的每條帶條段的從熔融態再凝固成的厚度部分;上述兩條帶條段中的一條帶條段的再凝固厚度部分是與另一條帶條段的再凝固部分融合的，以形成一個連續的再凝固區域;上述搭接的帶條段在熔融態持續過程中，在中央區域和周邊區域都受到高於周圍的壓力，這種高於周圍的壓力在周邊區域先卸掉，隨後才卸掉上述中央區域上的壓力。
16.一種製造焊接接頭的方法，這個接頭是在上述焊接接頭處以面對面的關係配置的第一條和第二條搭接的熱塑性帶條段之間的，其特下在於上述的方法包括下列的步驟(A)在高於周圍的壓力下，沿著中央區域和鄰接的周邊區域上的兩條帶條段的交界面把它們壓成面對面地接觸;(B)把上述帶條段沿交界面處的溫度提高到足以至少把交界面上的每條帶條段的厚度部分熔融;(C)先把上述周邊區域上的高於周圍的壓力卸掉，然後把中央區域上的壓力卸掉，由此使沿著交界面的帶條段的熔融部分凝固，以便形成上述的焊接接頭。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於上述的步驟(B)包括使上述的帶條段之間進行整體滑動，由此，至少使上述的每條帶條段的沿上述中央和周邊區域中的交界面處的厚度部分熔融。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於上述的步驟(B)包括把上述帶條段中的一條保持靜止，而使另一條帶條段按大致圓形軌道擺動。
19.如權利要求16所述的方法，其特徵在於上述的步驟(A)包括用一圓環形的帶條嚙合面和裝在上述圓環形的帶條嚙合面中間的中央、圓形的帶條嚙合面對著鐵砧壓上述的帶條段。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於上述的步驟(c)包括(1)先使上述的鐵砧和圓環形的帶條嚙合分離到足以把圓環形的帶條嚙合面作用在帶條段上的壓力卸掉，(2)然後把鐵砧和中央的圓形的帶條嚙合面分離到足以把中央的圓形的帶條嚙合面作用在帶條段上的壓力卸掉。
全文摘要
本發明提供一種用來製造在搭接的熱塑性帶條段之間的焊接接頭的新方法和裝置。這種焊接接頭包括一個中央區域和一個鄰接的周邊區域。在形成接頭過程中，先是周邊區域卸掉作用在帶條段上的壓力，然後是中央區域的壓力。該裝置包括一個鐵砧、一個中央帶條嚙合件、一個周邊的帶條嚙合件、一個用來把鐵砧大致移動到三個位置的機構。
文檔編號B29C65/00GK1089207SQ9311965
公開日1994年7月13日 申請日期1993年10月29日 優先權日1992年10月30日
發明者羅伯特·J·科貝爾拉 申請人:塞恩德公司