Способ лазерной сварки деталей из стекла

 

Изобретение относится к промышленности строительства и стройматериалов, к технологии лазерной сварки стеклодеталей при изготовлении оболочек электронно-лучевых приборов. Цель изобретения - повышение производительности путем увеличения скорости сварки. Для этого детали помещают в зону сварки, совмещают по контуру сварки, оставляя между ними определенный зазор, зависящий от температуропроводности стекла, вязкости стекла при температуре испарения, минимальной толщины стенки свариваемых деталей, радиуса луча лазера на поверхности, коэффициента поверхностного натяжения и технологического допуска на неровность сварного соединения. Фокусировку луча лазера производят на детали, размещенной сверху, при синхронном вращении деталей происходит расплав и затекание расплавленного стекла верхней детали в зазор. В случае наличия зазора передача тепла во внутренние области свариваемых деталей происходит при затекании расплавленной массы стекла в зазор за счет сил поверхностного натяжения. При сварке стекла происходит перемещение стекла с поверхности внутрь зазора. В результате этого на поверхности образуется канавка, ширина которой совпадает с диаметром луча. Для выполнения качественного соединения необходимо, чтобы глубина канавки не превышала величины технологического допуска на неровность шва. 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительства и стройматериалов, к технологии лазерной сварки и предназначено для сварки деталей из стекла при изготовлении оболочек электронно-лучевых приборов (ЭЛП). Цель изобретения повышение производительности путем увеличения скорости сварки. Способ опробован при сварке конуса с экраном прибора 5ЛК2Л. П р и м е р 1. Волоконно-оптический (ВО) экран ⊘ 50 мм закрепляют в верхнем зажимном устройстве станка (СОБ-897). Конус прибора закрепляют в нижнем прижимном устройстве станка. Между деталями устанавливают щуп (откалиброванная пластина) толщиной 0,4 мм. При этом обеспечивается выставление зазора Х 0,4 мм. В качестве печи предварительного нагрева используют специально сконструированную электропечь. Предварительный нагрев экрана и конуса проводят при 500^оС. Для сварки используют СО₂-лазер ИЛГН-704 с мощностью излучения 40 Вт и длиной волны излучения 10,6 мкм. Фокусировку луча лазера проводят по нижней кромке ВО экрана. Конус прибора изготовлен из электровакуумного стекла С 52-1. Материал экрана (ВО диска) согласован по коэффициенту линейного расширения со стеклом С 52-1. Время сварки при наличии зазора 0,4 мм составляет 3 мин (по прототипу время сварки 5 мин). П р и м е р 2. Диск из стекла С 52-1 ⊘ 30 мм закрепляют в верхнем зажимном устройстве станка (СОБ-897). Цилиндр из стекла С 52-1 ⊘ 30 ммзакрепляют в нижнем прижимном устройстве станка. Между деталями устанавливают щуп (откалиброванная пластинка) толщиной 0,3 мм. При этом обеспечивается выставление зазора Х 0,3 мм. Предварительный нагрев диска и цилиндра производят при 500^оС. Время сварки составляет 2,5 мин. П р и м е р 3. ВО экран ⊘ 30 мм сваривают с конусом из стекла С 79-3. Величина зазора 0,4 мм. Предварительный нагрев экрана с конусом проводят при 450^оС. Экран ВО диск, согласованный по коэффициенту линейного расширения со стеклом С 79-3. Время сварки при наличии зазора 0,4 мм составляет 2 мин. П р и м е р 4. Цилиндр из стекла С 52-1 ⊘ 50 мм сваривают с цилиндром из того же стекла. Величина зазора 0,35 мм. Предварительный нагрев деталей производят при 500^оС. Время сварки составляет около 3 мин. П р и м е р 5. ВО экран ⊘ 30 мм сваривают с конусом из стекла С 52-1. Величина зазора между деталями 0,3 мм. Предварительный нагрев деталей проводят при 500^оС. Экран ВО диск, согласованный по коэффициенту линейного расширения со стеклом С 52-1. Время сварки составляет 2 мин. Расчет минимальной и максимальной величин зазора Х для стекла С 52-1 определяют по формулам X_мин= X_макс= Cтекло содержит 68,7% SiO₂; 3,5% Al₂O₃; 19,0% В₂O₃; 4,4% K₂O и 4,4% Na₂O. Коэффициент поверхностного натяжения (σ) стекла определяют по известной методике в соответствии с формулой σ , где a_м(i)= σ₍₁₎ поверхностное натяжение компонента; М_(i) молекулярная масса компонента; а _b(i) содержание в стекле каждого из компонентов в массовых процентах. Для расчета σ _(i) используют следующие значения величин, которые приведены в таблице После подстановки всех значений σ 0,297 Н/м, это значение дано для температуры расплава стекла 1300^оС. Так как поверхностное натяжение (σ) слабо зависит от температуры, то этим значением можно воспользоваться для оценки величины минимального зазора Х. Вязкость стекла наоборот сильно зависит от температуры расплава стекла. В качестве вязкости (η) для оценки Х_мин взято значение температуры 1400^оС. Зависимость вязкости ( η ) от температуры для состава K₂O-B₂O₃-SiO₂ известно. η 100 П. В системе СИ η 10 Па˙ с Температуропроводность стекла (а) равна 0,59 x 10^-6 м²/с. Минимальную величину зазора Х_мин определяют для стенки стекла конуса толщиной 2 мм, а сварку ведут с помощью СО₂ лазером ИЛГН-704 (радиус луча лазера после фокусировки составляет 1 мм). При этих указанных значениях Х_мин 0,28 мм. Допуск на неровность сварного соединения ΔS составляет 0,5 мм. Максимальную величину зазора Х_макс определяют аналогичным образом. При указанных выше толщине стенки стекла конуса и допуска на неровность сварного соединения максимальный зазор Х составляет 0,5 мм. Сварку экрана с конусом при Х_макс ведут также СО₂-лазером ИЛГН-704 при условиях, аналогичных условиям осуществления сварки с зазорами в 0,4 мм и 0,28 мм. Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ сварки стеклодеталей позволяет увеличить скорость сварки приблизительно на 40%

Формула изобретения

СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТЕКЛА путем установки их по контуру сварки с зазором, фокусировки лазерного луча в зоне сварки и нагрева, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем увеличения скорости сварки, луч лазера фокусируют на кромке верхней свариваемой детали, нагрев ведут при синхронном перемещении деталей, величину зазора X выбирают из соотношения

где a - температуропроводность стекла, м²/с;
η - вязкость стекла при температуре испарения, Па · с;
S - минимальная толщина стенки свариваемых деталей, м;
s - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;
DS - технологический допуск на неровность сварного соединения, м;
r_л - радиус луча лазера на поверхности, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---