|
| |
| |
| Активные элементы и газовые среды Лампы накачки и лазерные диоды Лазерная оптика: квантроны, объективы, зеркала, линзы, защитные стекла, визуализаторы, СОК, дефлекторы, фильтры Блоки: блоки питания, блоки охлаждения, блоки поджига, блоки пневматики, сканер, измеритель мощности, ИМО Материалы |
|
Лазерная проникающая сварка
Среди различных технологических процессов лучевой сварки пластмасс в последние десятилетия ведущее место занимает лазерная сварка. Отличительными особенностями процессов лучевой сварки являются отсутствие при нагреве прямого контакта между излучателем и свариваемой поверхностью, а также возможность управления в широких пределах режимами нагрева за счет изменения мощности излучения, тепло– и светопоглощающей способности свариваемых материалов. До недавнего времени в промышленных масштабах применяли, в основном, сварку полимерных материалов СО2–лазером. Однако излучение этого типа лазеров хорошо поглощается пластмассами, и по этой причине с их использованием можно производить лишь сварку полимерных пленок малой толщины, хотя и с очень высокой скоростью — до 750 м/мин. Разработка и промышленный выпуск твердотельных лазеров непрерывного действия, в первую очередь Nd:YAG и диодных, значительно расширили технологические возможности лазерной сварки пластмасс. Лазеры этого типа в отличие от СО2–лазера имеют намного меньшую длину волны, а, следовательно, и более высокую проникающую способность (таблица).
Таблица
Сравнение различных типов технологических лазеров (применительно к сварке пластмасс)
Тип лазера |
СО2 |
Nd:YAG(ИАГ) |
Диодный |
Длина волны, мкм |
10,6 |
0,8–1,0 |
Максимальная мощность, кВт |
60,0 |
6,0 |
6,0 |
КПД, % |
10 |
3 |
30 |
Способ передачи луча |
Зеркала |
Зеркала или волоконная оптика |
Минимальный (усредненный) размер пятна нагрева, мм |
d 0,2–0,7 |
d 0,1–0,5 |
0,5 x 0,5 |
Характер взаимодействия с пластмассами |
Полное поглощение на глубине менее 0,5 мм |
Проникновение на глубину до 10,0 мм |
Относительно мощные диодные лазеры (больше 100 Вт) появились в начале 1997 г. Ныне их мощность достигла 6 кВт, и они по этому показателю сравнялись с Nd:YAG–лазерами. Характерно, что коэффициент полезного действия диодных лазеров (30%) гораздо выше, чем СО2–лазеров (10%) или Nd:YAG-лазеров (3%). Излучение диодных лазеров имеет прямоугольную форму, что в некоторых случаях обеспечивает им определенные преимущества. Кроме того, излучение диодных и Nd:YAG лазеров может передаваться с помощью, как системы зеркал, так и волоконно–оптических световодов, что значительно расширяет их технологические возможности. Именно на способности излучения Nd:YAG и диодных лазеров проникать в прозрачные пластмассы на относительно большую глубину основан разработанный в Британском институте сварки процесс проникающей (трансмиссионной) лазерной сварки пластмасс. Процесс предназначен для соединения прозрачных пластмасс, в которых отсутствуют специальные наполнители или пигменты. Процесс применим и для случаев, когда прозрачен только один из свариваемых элементов, на который направляется излучение лазера. По толщине, цвету и наполнению пластмассовой подложки в этом случае ограничений нет. С помощью лазерной проникающей сварки можно сваривать пластмассы значительно большей толщины, чем при использовании СО2–лазера. В Британском институте сварки при описании нового процесса сварки пластмасс используют термины Laser Transmission Welding и Clear WeldТМ. Последний зарегистрирован как официальная торговая марка. В немецком языке принят термин Laserdurchstrahlschweissen. В русском языке, на наш взгляд, наиболее отвечает сути процесса термин «лазерная проникающая сварка». Суть процесса лазерной проникающей сварки пластмасс, когда одна из них является непрозрачной, хорошо иллюстрирует схема на рис. 1. Верхняя прозрачная пластмасса с определенным усилием прижимается к нижней непрозрачной пластмассе. Луч Nd:YAG или диодного лазера без потери энергии проникает в зону соединения, где вследствие выделения теплоты происходит сварка (рис. 2). Если сваривают две прозрачные пластмассы, поглощающее лазерное излучение, покрытие наносят в зоне соединения на поверхность одной из свариваемых пластмасс.
Рис. 1. Схема лазерной проникающей сварки пластмасс
Рис. 2. Поперечное сечение сварного шва, выполненного лазерной проникающей сваркой
Ранее в качестве поглотителя лазерного излучения при сварке пластмасс использовали сажу, которая загрязняла сварное соединение. В лазерной проникающей сварке применяют бесцветную инфракрасную поглощающую среду, что устраняет всяческое загрязнение. Инфракрасная поглощающая среда позволяет сделать сварной шов прозрачных пластмасс практически невидимым. Лазерная сварка пластмасс требует значительных первоначальных затрат. Однако такие преимущества лазерной сварки, как возможность управлять мощностью лазерного луча в процессе сварки, точность наведения лазерного луча, высокое качество сварного соединения, экологическая безопасность, быстро оправдывают эти затраты. По мнению британских разработчиков, для лазерной проникающей сварки можно использовать коммерчески вполне доступные твердотельные лазеры. Сварочные расходные материалы (специальные красители, тонкие пленки и т. д.), обеспечивающие поглощение инфракрасного излучения, в настоящее время находятся в стадии разработки: необходимо наладить их промышленное производство и коммерчески доступные системы поставки. Высокоскоростная лазерная проникающая сварка особенно эффективна при соединении термопластичных пленок внахлест, например, в упаковочной промышленности. Изучается возможность ее применения в биомедицине, при сварке водонепроницаемой слоистой ткани и т. д. На последней международной выставке «Laser–2003» (Мюнхен, Германия) в экспозиции ряда европейских и американских фирм уже были представлены лазерные системы и технологии лазерной проникающей сварки.
Информация подготовлена пресс–группой ИЭС по материалам Британского института сварки и Международного института сварки
|