Способ непрерывной сварки полимерных материалов внахлест и устройство для его осуществления

 

Изобретение касается сварки пластмасс и может найти применение при сварке внахлест листовых полимерных материалов лазерным излучением. Цель - повышение прочности сварного соединения и снижение энергозатрат. Для этого в способе непрерывной сварки полимерных материалов внахлест в процессе нагрева соединяемых поверхностей излучение фокусируют на них в световое пятно прямоугольной формы с равномерным распределением интенсивности в его периферийной части и с максимальной интенсивностью в центре светового пятна. Центр светового пятна располагают на середине линии соприкосновения материалов, а большую сторону светового пятна - параллельно этой линии. В устройстве для непрерывной сварки полимерных материалов внахлест отражающий фазовый оптический элемент выполнен в виде отражающей пластины с микрорельефной структурой рабочей поверхности, включающей две зоны. Микрорельеф зон определен выражениями, зависящими от координат (I, V) точки оптического элемента в системе координат с осью OI, направленной противоположно проекции подающего луча, и началом в центре элемента, расположенного в области (U<SP POS="POST">2</SP>+2V<SP POS="POST">2</SP>≤2R<SP POS="POST">2</SP>), где R - радиус фокусируемого пучка, от фокусного расстояния элемента, сторон прямоугольника светового пятна излучения, расположенного в фокальной плоскости длины волны излучения. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) щ)5 В 29 С 65/)6.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4218379/3)-05 (22) 05. 01 .87 (46) 15.10.90.Бюл. У 38 (71) Куйбышевский авиационный институт им.акад.С,П,Королева (72) В,П.Шорин, В.И.Мордасов и С.П.Мурзин (53) 678,029,43 (088.8) (56) Патент ФРГ N 845564, кл. 39а 19/02, 1949.

Зайцев К.И. и др. Сварка пластмасс, M. Машиностроение, 1978, с.)97,198.. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ СВАРКИ ПОЛИ MEPHbK МАТЕРИАЛОВ ВНАХЛЕСТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение касается сварки . пластмасс и может найти применение при сварке внахлест листовых полимерных материалов лазерным излучением.

Цель — повышение прочности сварного соединения и снижение энергозатрат.

Дпя этого согласно способу непрерывной сварки полимерных материалов внахлест в процессе нагрева соединяемых поверхностей излучение фокусируют на них в световое пятно прямоИзобретение относится к способам сварки пластмасс и может быть ис" пользовано при сварке внахлест листовых полимерных материалов лазерным излучением.

Цель изобретения — повышение. прочности сварного соединения и снижение энергозатрат.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — заготовка в зоне сварки, вид сверху; на

2 угольной формы с равномерным распре-, делением интенсивности в его периферийной части и с максимальной интенсивностью в центре светового пятна. Центр светового пятна располагают на середине линии соприкосновения материалов, а большую сторону светового пятна — параллельно этой линии.

: В устройстве для непрерывной сварки полимерных материалов внахлест отражающий фазовый оптический элемент выполнен в виде отражающей пластины с микрорельефной структурой рабочей поверхности, включающей две эоны.

Микрорельеф зон определен выражениями, зависящими от координат U Ч точки оптического элемента в системе координат с осью OU, направленной противоположно проекции падающего, луча, и началом в центре элемента, Я расположенного в области (U + 2Ч 2R ), где R — радиус фокусируемого ручка, от фокусного расстояния элемента, сторон прямоугольника светового пятна излучения, расположенного i в фокаЛьной плоскости длины волны излучения. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. фиг.3 " то же, вид сбоку; на фиг.4— фокусатор, схематическое изображение, вид сбоку; на фиг.5 — то же, вид сверху.

Устройство для непрерывной сварки полимерных материалов внахлест содержит технологический лазер ), отражающий фазовый оптический элемент 2 (фокусатор), а также прижимные и транспортирующие ролики 3. Отражающий фазовый оптический элемент уста1599239

U+2V

2 г

Z (V,V)

«!2

U 7

+ -- — — х

)2!

М

30 га (кк)

Фr l — exp(- -- )g о а

Д вЂ” --- Х

4f - 35

erf(- 23 V erf

YL. с! ЕгК (40

2 2 г при О(Б /2 + V 2(KR),!2-U/2-Е/ .!2е 45

Z(U V)= п3.

-Гг при (KR) а (2) U /2+V R высота микрорельефа в точке (V,V) оптического элемента; координаты точки элемента в системе координат с осью О,U l направленной противоположно проекции падающего луча, и начагде Z (U, V) U V новлен под; углом 45 относительно оси лазера 1 и выполнен в виде отражающей пластины с микрорельефной структурой рабочей поверхности (фиг.4 и 5), включающей две зоны 4 и 5. Зона 4 фокусатора преобразует падающее излучение в световое пятно в форме прямоугольника равномерной интенсивности, а периферийная эона 5 осуществляет преобразование излучения в точку, Участки 6 зон 4 и 5 фокусатора имеют ширину а, в которых высота h рельефа непрерывно изменяется в диапазоне значений от 0 до g/2 cos 8, где ф — длина волны падающего изо лучения; 8 — угол падения (8= 45 ) ..

Граница 7 раздела зон 4 и 5 фокусато2 2 ра расположена по эллипсу U /2 + V = (KR) а микрорельеф зон определен

2 следующими выражениями: лом в центре злг,ситn, расположеняогo облас1! + 2V2< 2т фокусное расстояние элемента; радиус фокусируемого лучка; коэффициент пропорциональности (К = 0,8-0,9); стороны прямоугольника (Ь а), расположенного в фокальной плоскости; координата V прямой на поверхности оптического элемента, проекция которой на фокальную плоскость есть отрезок

a,Ь

V = const (M = const); формула изобретения

1. Способ непрерывной сварки поли мерных материалов внахлест, включаюr — параметр фокусируемого пучка гауссовского распределения плотности излучения, в котором интенсивность на расстоянии r от центра уменьшается по сравнению с центром в f раз;

9 — длина волны излучения;

n — целое число (n=.,;1;

01 1; 2 ...) .

Способ сварки реализуется при работе устройства, Свариваемые материалы 8 и 9 непрерывно перемещают со скоростью V ро—

5 ликами 3, В процессе перемещения соединяемые поверхности материалов нагревают до температуры сварки лазерным .излучением и прижимают их друг к другу с усилием Р> роликами 3.

В процессе нагрева соединяемых.поверхностей излучение фокусируют на них с помощью фокусатора 2 в световое пятно 10 прямоугольной формы с равномерным распределением интенсивности в его периферийной части и с максимальной интенсивностью в центре

11 светового пятна. При этом центр

11 светового пятна 10 находится на середине линии 12 соприкосновения материалов 8 и 9. Большая сторона прямоугольника светового пятна расположена параллельно линии 12 соприкос- новения материалов и равна ей по величине.

1599239 6 прй 0 U /2 + V "- (KR) щий нагрев соединяемых поверхностей до температуры сварки лазерным излучением и прижим их друг к другу, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

5 целью повышения прочности сварного соединения и снижения энергозатрат, в процессе нагрева соединяемых по" верхностей излучения фокусируют на них в световое пятно прямоугольной формы с равномерным распределением интенсивности в его периферийной части и с максимальной интенсивностью в центре светового пятна, причем центр светового пятна располагают на середине линии соприкосновения материалов, а большую сторону светового пятна — параллельно этой линии.

2. Устройство для непрерывной сварки полимерных материалов вна- 20 хлест, содержащее технологический лазер и отражающий фазовый оптический элемент,:установленный под углом

45 относительно оси лазера, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 25 целью повышения прочности сварного соединения и снижения энергозатрат„ отражающий фазовый оптический элемент выполнен в виде отражающей пластины с микрорельефной структурой ра- 30 бочей поверхности, включающей две зоны,микрорельеф которых определен выражениями и 2- U/2Z(U ×)— f/ - 2 +

2 42 пр гд

V

f (KR)

- r(1-ехр (- — )

2 ч р2 е erf (40 м х о

) dV

45 х

4f еге (I

U х(.-- — )-1

2гй

1 U+2Ч

Z(U V)- — — — -— +

)2 4f

2юц erf()+ 2x (exp

)"

U 2 2 и (K R) c U /2 + V cR, Z. g 2 е Z(U,V) — высота микрорельефа в точке (U,У) оптического элемента;

U,У вЂ” координаты точки элемента в системе координат с осью, направленной противоположно проекции падающего луча, и началом в центре элемента, расположенного в области U + 2V «с 2R

Š— фокусное расстояние элемента; а,Ъ вЂ” стороны прямоугольника светового пятна излучения, где Ь > а, расположенного в фокальной плоскости;

K — коэффициент пропорцио- нальности, равный 0,8-

0,9;

R — - радиус фокусируемого пучка;

r — параметр фокусируемого пучка гауссовского распределения плотности излучения, в котором интенсивность на расстоянии r от центра уменьшается по сравнению с центром в 1 раз;

М вЂ” координата Ч прямой на поверхности оптического элемента, проекция которой на фокальную плоскость есть отрезок V .

const (М const);

n — целое число (n ...-1;

0; 1; 2,...);

Я - длина волны излучения.

1599239

11

Фиг.5! 599239

Составитель Н. Елисеева

Редактор А.Огар Техред М.Дидык Корректор А,Осауленко

Г

Заказ 3113 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101