Лазерне зварювання поліетиленових плівок

В даний час постійно розширюються сфери застосування лазерного зварювання, зокрема для з’єднання полімерних плівок різних типів. Цей спосіб зварювання успішно конкурує з традиційними способами, такими, як зварювання нагрітим інструментом та ультразвуком при проведенні робіт у легкій, медичній, харчовій промисловості, пакуванні. Переваги лазерного зварювання – відсутність безпосереднього контакту між джерелом енергії та поверхнями, що нагріваються, та можливість у широких межах змінювати інтенсивність нагрівання регулюючи температуру випромінювача та відстань до нього. Найпоширенішою в даний час технологією лазерного зварювання є трансмісійний (проникний) метод для напускних з’єднань, що використовує ефект прозорості деяких полімерних матеріалів для лазерного променя. У роботі проведено трансмісійне зварювання малопотужним короткофокусним лазером поліетиленових плівок різних типів. Зварювання внапуск проведено за допомогою діодного лазера потужністю 1 Вт з довжиною хвилі випромінювання 532 нм (зелений колір світлового видимого діапазону). Лазер на притискній платформі переміщали вздовж лінії з’єднання за допомогою механічного візка. Під час зварування відбувалося формування шва шириною 0,8–1 мм та невеликою опуклістю назовні за рахунок розширення розплавленого полімерного матеріалу. Проведено експериментальні дослідження впливу основних параметрів процесу лазерного зварювання внапуск на морфологію з’єднань поліетиленових плівок марок Т та Н. Показано, що для зварювання плівок у діапазоні товщин 0,015–0,1 мм не потрібне вартісне лазерне обладнання, а для утворення якісного з’єднання достатньо лазера потужністю не більше 1 Вт. Якість напускних зварних з’єднань плівок оцінювали візуальним оглядом, вивченням під мікроскопом та випробовуваннями на відрив. Проведені дослідження експериментальних зварних швів показали їх міцність на рівні основного матеріалу.Currently, the scope of application of laser welding is constantly expanding, in particular for the connection of polymer films of different types. This method of welding successfully competes with traditional methods, such as welding with heated tools and ultrasound in the light, medical, food and packaging industries. Advantages of laser welding are the absence of direct contact between the energy source and the heated surfaces and the ability to vary the intensity of heating by adjusting the temperature of the radiator and the distance to it. Currently, the most common laser welding technology is the transmission (permeable) method for overhead joints, which uses the effect of transparency of some polymeric materials for the laser beam. The transmission welding of low-power short-focus laser of polyethylene films of different types is carried out in the work. Knee welding was performed using a diode laser with a power of 1 W with a wavelength of 532 nm (green color of the visible light range). The laser on the clamping platform was moved along the connection line by means of a mechanical trolley. During welding, a 0.8–1 mm wide seam was formed and a slight convexity to the outside due to the expansion of the molten polymer material. Experimental studies of the influence of the main parameters of the laser welding process on the morphology of joints of polyethylene films of grades T and H. It is shown that welding laser films in the range of 0.015–0.1 mm does not require expensive laser equipment. A laser with a power of no more than 1 watt is enough to make a good connection. The quality of the welded joints of the films was evaluated by visual inspection, examination under a microscope and tear tests. Studies of experimental welds have shown their strength at the level of the base material

Зварювання полімерів інфрачервоним лазерним випромінюванням

Трансмісійне лазерне зварювання пластмас зазвичай використовують для з’єднання верхньої прозорої деталі та нижньої непрозорої полімерної деталі, яка розігрівається за рахунок поглинання енергії променя оптичного діапазону. Однак значна кількість полімерних матеріалів є напівпрозорими для інфрачервоного випромінювання, що дозволяє зварювати оптично непрозорі деталі за рахунок проникнення випромінювання вглиб матеріалу. Технологічні можливості трансмісійного лазерного зварювання пластмас значно розширили розроблення та масовий промисловий випуск твердотільних інфрачервоних волоконних лазерів, резонатори яких виготовлені з оптичного волокна, легованого рідкоземельними елементами. В роботі досліджено можливості трансмісійного зварювання полімерних листів та плівок малопотужним (20 Вт) інфрачервоним лазером із довжиною хвилі випромінювання 1,062 мкм. Для визначання необхідних режимів опромінення проводили експерименти з проплавлення оптично непрозорого листа полібутену товщиною 1 мм. Показано, що в глибині матеріалу формується проплавлення гострої клинової форми, характерне для зварювання концентрованими джерелами енергії. Залежно від питомої енергії лазерного променя змінюється гострота клину проплавлення та ширина шва. За даної потужності випромінювання для листів полібутену досягнуто максимальну глибину проплавлення 0,5 мм. Також здійснено експериментальні зварювання непрозорої поліетиленової плівки блакитного кольору товщиною 0,05 мм промислових марок ПВД-108 та ПВД-158. Показано, що лазером даної потужності при підборі відповідної швидкості зварювання можливе з’єднання від двох до восьми шарів поліетиленової плівки. Для запобігання перегрівання тонкої плівки зменшували концентрацію енергії лазеру, промінь розфокусовували до діаметра 1,5–2,0 мм на поверхні матеріалу. В результаті отримано досить рівномірний зварний шов з гарним зовнішнім виглядом. Отже, трансмісійне лазерне зварювання може слугувати альтернативою традиційному з’єднанню поліетиленових плівок за допомогою нагрітого інструменту.A number of polymeric materials are translucent for infrared radiation. The use of low-power infrared lasers makes it possible to weld polymer sheets due to the penetration of radiation into the material depth. The possibilities of transmission welding of polybutene sheets, as well as several layers of polyethylene film are investigated. Epilog Fiber Mark 20 installation equipped with 20-W fiber infrared laser with 1.062 μm radiation wavelength is used. According to the investigation results, the maximum penetration depth of polybutene sheets at thea given radiation power is determined. The ability of welding up to eight layers of colored polyethylene film of PVD-108 and PVD-158 grade is shown