Лазерная сварка пластмасс

Лазерная сварка пластмасс

План

1. Инновационный подход.
2. Преимущества.
3. Технологии.
4. Оборудование.
5. Материалы.
6. Виды.
7. Применение.
8. Последние достижения.
9. Выводы.

Инновационный подход

[pic 1]Согласно инновационному подходу во многих производственных отраслях предпочтение отдается недавно разработанным материалам – лучше один раз вложить миллионы, чем десятилетия тратить миллиарды на старые технологии. Универсальные пластики, демонстрирующие отменные механические показатели в широком температурном диапазоне, постепенно вытесняют дорогие сплавы. И дело тут не в меньшем весе, а в экономных с энергетической точки зрения технологиях. В эпоху перехода на новые энергоносители, огромное значение отдается внедрению в производство пластика, что зачастую делает невозможным использование обычных технологий сварки.

История развития лазеров и сварки на их основе демонстрирует довольно редкий в[pic 2]  научном мире факт: рубиновое сердце, впервые использованное в 1960 году для импульсной накачки, активно используется спустя почти полвека. Сегодня в большом количестве можно встретить лазеры, где в качестве залежи квантов используется жидкость или газ, как предложил Али Яван, однако твердотельные аппараты продолжают удерживать позиции.

Современные твердотельные генераторы накачки используют в качестве активной среды все тот же рубиновый стержень из окисленного алюминия с примесью хрома и обрамленный с двух сторон серебряными стеклами. Тыловая решетка на основе серебра непрозрачна для испускаемых квантов, а фронтальная – обеспечивает эффект полупроницаемости. Возбужденные электрическим током ионы хрома испускают кванты света, которые по достижению определенной концентрации циркулируют внутри замкнутого пространства и выводят на новый энергетический уровень все новые ионы.

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.

Преимущества
                                                         

  Для лучевой сварки разработано достаточное количество[pic 3] технологических решений. Однако лидирующее и наиболее перспективное положение занимает, несомненно, сварка с использованием лазерной технологии.

У лазерных технологий много преимуществ. К их числу относятся:

- высокая производительность процесса (процесс лазерной сварки может осуществляться на скоростях 100-200 м/ч и более, что в несколько раз превышает скорость наиболее распространенного традиционного способа дуговой сварки).

- низкая трудоемкость;

- отсутствие контакта сварочного оборудования с соединяемыми частями;

- возможность без труда использовать для сложных деталей манипуляторное оборудование, действующее с помощью робота;

-отсутствие вспышки;        

- широкие пределы режима нагревания и гибкость их изменений – например, за счет     вариации мощности излучения;

- возможность решать уникальные технологические задачи – сваривать материалы самого широкого спектра, в труднодоступных местах и разных пространственных положениях с углом уклона лазерного пучка к поверхности детали до 30 градусов)

- прочность получаемых  швов, высокое качество сварных соединений ;

- возможность производить высокоточные соединения;

-отсутствие присадочных материалов;

- экологическая чистота процесса, сварочный шов не загрязнен материалами электродов;

-отсутствие вибрации;

- возможность получения газонепроницаемого или герметичного спая;

- минимальное тепловое повреждение или деформация;

- возможность соединения смол с различным составом и различной окраской.

Технологии
         

СВАРКА ЛАЗЕРНАЯ - это бесконтактная сварка, при которой необходимая технологическая теплота направленно вводится в материал заготовки посредством высокоэффективного лазера.

При этом середина зоны соединения также может быть более интенсивно нагрета, чем краевые зоны. Таким образом, при сварке происходит интенсивное смешение расплава в зоне стыка, что способствует чрезвычайной прочности сварного шва. Тепловое расширение расплава обеспечивает усилие сваривания, необходимое для соединения предварительно фиксированных деталей.

[pic 4]В первую очередь, это может быть отнесено к сварке соединения внахлест, при которой одна деталь должна быть прозрачной для лазерного луча, а вторая обладать хорошей способностью к поглощению. Таких свойств можно добиться с помощью цветных пигментов или другими добавками. Для выполнения сварки между обеими деталями необходимо добиться соединения с герметичным смыканием. В этом случае лазерный луч будет через прозрачную деталь попадать на поглощающую деталь, создавая необходимую тепловую энергию. За счет теплопроводности прозрачная деталь на стыковой поверхности также оплавляется. Ход шва и способ внесения энергии могут быть выбраны, поэтому не возникают ни термические, ни механические нагрузки.

Что касается геометрии и размеров свариваемых деталей, то здесь ограничений нет. Поэтому диапазон применения лазерной сварки простирается от мельчайших до крупногабаритных деталей.

[pic 5]Соединение встык обеспечивает возможность сварки изделий между собой, в том числе и труб. В этом случае лазерный луч с помощью отражателя сканирует стыкуемые поверхности, и одновременно согласовывается диаметр лазерного луча с толщиной стенки трубы. Последующий процесс соединения идентичен сварке нагретым инструментом. Как и инфракрасная сварка, лазерный метод позволяет добиться чистых швов с минимальным образованием наплыва и высоким качеством сварного шва.