Способ непрерывной сварки полимерных материалов внахлест и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B29C65/16 

Изобретение относится к способам сварки пластмасс и может быть использовано при сварке внахлест листовых полимерных материалов лазерным излучением.

Цель изобретения - повьшение- прочности сварного соединения и сни- .жение энергозатрат.

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

фиг.З - то же, вид сбоку; на фиг.4 - фокусатор, схематическое изображение вид сбоку; на фиг.5 - то же, вид сверху.

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

со

новлен под ; углом 45 относительно оси лапера 1 и выполнен в виде отражающей П1 астины 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 зона 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 О до Д/2 cos 0 , где 7 - длина волны падающего излучения; 0 - угол падения (0 45 ) Граница 7 раздела зон 4 и 5 фокусатора расположена по эллипсу U /2 + V (KR) , а микрорельеф зон определен следующими выражениями:

, , ,-2 --2 Z (U,V)

1 Ги + 2V

4

V

:::;,- (If)

v

М .L г2.

е X

, (KR)2-V2 . V erf (- --4-)

а

dv - к

- .gu erf % )(-j|,)-i) - г;: Г

, ; л) I. erf д

LN

(1)

при + (KR);

Z(U,V) Jl -U/2-f/

, t

при (KR) + ,

где Z(U,V) - высота микрорельефа в

точке (U,V) оптического элемента;

UjV - координаты точки элемента в системе координат сосьюО и,, направленной противоположно проекции падающего луча, и нача0

5

0

5

0

5

0

5

0

лом в центре элемента, расположенного п области 2V 2Р/;

f - фокусное расстояние элемента ;

R - радиус фокусируемого пучка;

К - коэффициент пропорциональности (К 0,8-0,9); а,Ъ - стороны прямоугольника (), расположенного в фокальной плоскости;

М - координата V прямой на поверхности оптического элемента, проекция которой на фокальную плоскость есть отрезок

V const.-(М const);

г - параметр фокусируемого пучка гауссовского распределения плотности излучения, в котором интенсивность на расстоянии г от центра уменьшается по сравнению с центром в t раз; v - длина волны излучения; п - целое число (п...- 1;

О; 1; 2 ...).

Способ сварки реализуется при работе устройства.

Свариваемые материалы 8 и 9 непрерывно перемещают со скоростью Vg роликами 3. В процессе перемещения coeдиняe ale поверхности материалов нагревают до температуры сварки лазерным .излучением и прижимают их друг к другу с усилием Pg 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. П.ри 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 соприкосновения материалов и равна ей по величине ,

Формула изобретения

. Способ непрерывной сварки поли мерных материалов внахлест, включаю

51

ЩИЙ нагрев соединяемых поверхностей до температуры сварки лазерным излучением и прижим их друг к другу, о т личающийся тем, что, с целью повышения прочности сварного . соединения и снижения энергозатрат, в процессе нагрева соединяемых поверхностей 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 дпя непрерывной сварки полимерных материалов вна- хлест, содержащее технологический лазер и отражающий фазовый оптический элемент,.установленный под углом 45 относительно оси лазера, о т - личающееся тем, что, с целью повьшения прочности сварного соединения и снижения энергозатрат, отражающий фазовый оптический элемент вьшолнен в виде отражакяцей пластины с микрорельефной структурой ра- бочей поверхности, включающей две зоны , мик1эорельеф которых определен выражениями

г:

erf (гр+ 2г

., V

4 erf

при + V(KR)

10

5

20 ЗО

35

40

:

j

25

0

Z(U.V)4f4 u U/2 - f / 4 + -Bl 2при (К R) + ,

где Z(U,V) - высота микрорельефа н

точке (U,V) оптического

U,V

f a,b К R r M n элемента;- координаты точки элемента в системе координат с осью, направленной противоположно проекции падающего луча, и началом в центре элемента, расположенного в области иЧ 2V 2R -; фокусное расстояние элемента ;

стороны прямоугольника светового пятна излучения, где b а, расположенного в фокальной плоскости;

коэффициент пропорциональности, равный 0.8- 0,9;.

радиус фокусируемого пучка;

параметр фокусируемого пучка гауссовского распределения плотности излучения, в котором интенсивность на расстоянии г от центра уменьшается по сравнению с центром в 1 раз; координата V прямой на поверхности оптического элемента, проекция которой на фокальную плоскость есть отрезок V . const (М - const); целое число (п - ,, -1

О; 1; 2,...);

длина волны излучения.

ч

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 (U²+2V²≤2R²), 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.

Фиг. 1

/2

11

10

Фиг. 2

Фиг.З

ФцдЛ

Фиг. 5