Лазерный мир

Глова А.Ф., Князева Л.И // В сборнике: Лазеры в науке, технике, медицине. Cборник научных трудов Международной конференции. Под редакцией В.А. Петрова. Москва, 2022. С. 192-196.

В настоящее время полимерные композитные материалы (ПКМ) находят широкое применение в электронике, электротехнике, авиастроении и других областях [1]. Это связано с их низкой плотностью, малым коэффициентом трения, высокими прочностными, диэлектрическими и другими свойствами. Одним из способов формирования изделий из ПКМ является послойная сварка ПКМ лент при выкладке на заданную поверхность [2].
Целью данной работы является проведение экспериментов по лазерной сварке лент из ПКМ на основе полифениленсульфида (ПФС) и полиамида (ПА) и наполнителями в виде углерода (У), базальта (Б) и стекла (С).

Сварка неподвижных лент

Схема эксперимента приведена на рисунке 1. Излучение волоконного Yb лазера с длиной волны 1,07 мкм или СО2-лазера (10,6 мкм) 1 с диаметром пучка d = 10 мм подается на систему из двух ПФС(У) лент 3, закрепленную на керамической подложке 4. Ширина каждой ленты H = 10 мм, толщина h = 0,5 мм. Приемник 5 измеряет прошедшую сквозь ленты мощность. Лазеры работают в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульсов τи
= 200 мс и периодом T = 400 мс. Мощность в импульсе постоянна и равна Pи = 100 или 200 Вт, число импульсов изменяется в пределах N = 3-10.

Сварка движущихся лент

Схема установки представлена на рисунке 2. Непрерывное излучение волоконного Yb лазера 1 подается в зазор между вращающимися валками 2, прижимающими две одинаковые ленты 3. Центр лазерного пучка с исходным диаметром d = 10 мм совмещен с центром зазора размером ~1 мм между валками. Использовались ленты шириной H = 10 мм и толщиной h = 0,35-0,65 мм. Длина лент L = 100-150 мм, поэтому сварка происходит в квазинепрерывном режиме длительностью τ = L/v, где v = 10-250 мм/с – скорость движения лент. Направляющие стержни 4 задают ориентацию лент. Для визуализации процесса сварки используется видеокамера 5, температура в области сварки измеряется тепловизором 6.

Заключение
Создана установка для лазерной сварки лент из полимерных композитных материалов. При нагреве лазерным излучением мощностью 270 Вт экспериментально определены максимальные скорости сварки с хорошим качеством для шести типов лент. Дана оценка температуры поверхности в зависимости от скорости движения лент, параметров их материала и лазерного излучения, согласующаяся с измерениями. Проведены численные расчеты температуры для лент на основе полифениленсульфида с углеродным наполнителем с учетом анизотропии теплопроводности. Измерено ослабление лазерного излучения лентами данного типа.

Работа выполнена при финансовой поддержке АО «НИИграфит».