RU2638090C1 - Способ сварки тонколистовых материалов - Google Patents
Способ сварки тонколистовых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638090C1 RU2638090C1 RU2016136422A RU2016136422A RU2638090C1 RU 2638090 C1 RU2638090 C1 RU 2638090C1 RU 2016136422 A RU2016136422 A RU 2016136422A RU 2016136422 A RU2016136422 A RU 2016136422A RU 2638090 C1 RU2638090 C1 RU 2638090C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- light
- light radiation
- thin films
- welding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу и устройству для сварки тонкопленочных изделий из металлов. Воздействуют импульсами светового излучения с плотностью 103 – 104 Вт/см2 на металлические тонкие пленки. Импульсы светового излучения фокусируют на металлических тонких пленках в месте контакта двух прозрачных валков, вращающихся в противоположные стороны. Причем частота следования импульсов светового излучения составляет от 10 до 50 Гц, а скорость вращения валков выбирают из условия попадания на место прижима металлических тонких пленок от 5 до 10 импульсов светового излучения. Устройство содержит вращающиеся в противоположные стороны прозрачные валки и источники светового излучения, выполненные в виде заполненных инертным газом светопрозрачных колб с электродами, введенными через торцы колб и соединенными с разрядными высоковольтными конденсаторами, которые снабжены отражателями, фокусирующими импульсы светового излучения в месте соприкосновения металлических тонких пленок. При этом источники светового излучения расположены внутри прозрачных валков. Изобретение позволяет сваривать тонкие пленки металла шириной от 10 до 50 см и требует применения сложных оптических систем. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к сварке металлов и может быть применено для сварки тонкопленочных изделий и предназначено, в частности, для изготовления и установки идентификационных меток на банковские карточки.
Известна классификация световой сварки (ГОСТ 1921-74), согласно которой она делится на солнечную, лазерную и сварку, созданную искусственными источниками света. Наша заявка относится к третьему виду сварки - с использованием сварки с помощью искусственных источников света.
Известна лазерная сварка [1], предназначенная для сварки листовых материалов. Однако она плохо применима для сварки тонкопленочных изделий, особенно для пленок большой ширины, которые потребуют сложной оптической системы для обработки пленки по всей своей протяженности.
Известна [3] литература по критической плотности потока Вт/см2, характерного для лазерного излучения длительностью 10-3 секунды. Данные по импульсам, более коротким, порядка 10-8 секунды, нас не интересуют, поскольку выбранные источники света позволяют создавать импульсы с длительностью 10-3 секунды. Для большинства металлов критические плотности потоков для сварки лежат в диапазоне от 10 до 1,3 104 Вт/см2.
Известны [4-5] способы сварки, создающие такие плотности излучения. Однако в лазерных системах, особенно твердотельных, коэффициент преобразования электрической энергии в световую невелик и, как правило, не превышает 10%. Для обработки больших поверхностей лазерная обработка малопригодна, поскольку потребуем или лазерных разверток, или других сложных оптических систем.
В качестве прототипа выбран способ лучевой сварки световым лучом [6] под действием импульсов светового излучения с плотностью, характерной для сварки (103-104 Вт/см2).
Особенностью предлагаемой сварки можно признать то, что световой поток создают устройством 1 путем электрических разрядов в светопрозрачной колбе 2, заполненной инертным газом 3 и снабженной электродами 4, соединенными импульсными разрядными накопителями электрической энергии 5, а импульс световой потока фокусируют на свариваемых металлических фольгах в месте контакта двух прозрачных валков 6, вращающихся в противоположные стороны, а частоту следования световых импульсов выбирают от 10 до 50 Гц, причем скорость вращения валков 6 выбирают из условия попадания на место прижима тонколистовых пленок металла от 5 до 10 импульсов светового потока.
При движении двух прозрачных валков 6, вращающихся в противоположные стороны, стороны фольг, обращенные друг к другу, предварительно подготавливаются для сварки и очищаются механическим или химическим способами по известным технологиям. При выборе скорости вращения валков для достижения нужных для сварки условий число световых импульсов, попадающих на свариваемый участок, выбирают от 5 до 10 импульсов. При числе менее 5 импульсов наблюдаются участки с несвариваемой поверхностью, а при числе свыше 10 импульсов наблюдается перегрев фольг и их коробление.
На рис.1 схематично изображено устройство 1, выполненное в виде колбы 2, заполненной инертными газами 3, с электродами 4, введенными через торцы колбы 2 и подсоединенными к разрядным высоковольтным конденсаторам 5. При расстоянии между электродами порядка 10 см и диаметром колб порядка 1 см и подсоединении электродов 4 к разрядным высоковольтным конденсаторам 5 требуемой емкости, в среде инертного газа 3 с высоким КПД (до 70%) электрическая энергия преобразуется в световой поток с энергией порядка 1000 Дж. При длительности импульса в 10-3 секунды мощность световой вспышки можно оценить как 1.000.000 Вт.
При электрическом разряде между электродами 4 внутри колбы 2 возникает низкотемпературная плазма с яркостной температурой свыше 20.000 K.
Температуру на поверхности свариваемых фольг металла за один импульс можно оценить как
где α - коэффициент поглощения светового потока, I - плотность светового потока Вт/см2, t - длительность импульса, ρ - плотность свариваемого материала, с - теплоемкость свариваемого материала, 
- коэффициент температуропроводности свариваемого материала.
Учитывая тот факт, что фольга металла обладает низким коэффициентом поглощения, то перед сваркой на поверхности обеих фольг можно временно нанести тонкий слой черной краски, приближающий коэффициент поглощения до 1,0. Никакая краска не выдерживает такого импульса светового потока и она после первого же импульса света испаряется и свариваемая фольга 10 снова становится чистой.
При расстоянии между электродами 4 в 40 см и диаметре колб порядка 2 см энергию разряда можно довести до 10 KДж. При такой энергетике на поверхности колбы 2 легко реализуется требуемая плотность светового потока, нужная для сварки.
На фиг. 2 приведено устройство по сварке тонколистовых металлов с использованием источника 1, создающего световой поток с высокой плотностью излучения. Особенностью устройства, работающего по данному способу, является то, что в качестве источника светового излучения выбрана светопрозрачная колба 2, заполненная инертным газами 3, с электродами 4, введенными через торцы колбы 2 и подсоединенными к разрядным высоковольтным конденсаторам 5, источники светового излучения расположены внутри вращающихся в противоположные стороны прозрачных валков 6, а источники светового излучения снабжены отражателями 7, фокусирующими световой поток на месте соприкосновения 8 тонколистовых материалов 9. 10 - условно показан сваренный лист фольги.
Поскольку валки 6 выполняются из светопрозрачного кварцевого стекла, то световой поток не успевает его разогреть до критических температур. Поскольку диаметр вращающихся валков 6 значителен, то после нескольких световых импульсов на световой импульс попадает новый участок таких валков. Наиболее критичны условия для разогрева для светопрозрачных колб 2, и задача их охлаждения может быть решена известными способами - прокачкой светопрозрачной жидкости (воды) через светопрозрачный кожух (на рисунке не показан).
Таким образом, предложен способ и устройство для его осуществления, способные сваривать тонкие пленки металла шириной от 10 до 50 см и не требующие применения сложных оптических систем. Процесс сварки легко регулируем в широком диапазоне энергетических параметров.
Источники информации
1. Гост 19521 по классификации световой сварки.
2. А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов. Лазерная сварка металлов, M., «Высшая школа», 1988. С. 173-177.
3. Н.Н Рыкалин, А.А. Углов., А.Н. Кокора. Лазерная обработка металлов, Москва. Машиностроение, 1975 г. Раздел «Критические плотности потока излучения ОКГ», с. 68-69. Таблица №3.
4. Патент RU №2269401 на «Способ световой сварки»
5. Патент RU 32341361 на «Способ лазерно-световой сварки металлов»
6. Патент RU №2264901 на «Способ лучевой сварки световым лучом».
Claims (2)
1. Способ сварки тонкопленочных изделий из металлов, включающий воздействие импульсов светового излучения с плотностью 103 – 104 Вт/см2 на металлические тонкие пленки, отличающийся тем, что импульсы светового излучения создают посредством источника светового излучения в виде светопрозрачной колбы, заполненной инертным газом, и электродов, соединенных с импульсными разрядными накопителями электрической энергии, при этом импульсы светового излучения фокусируют на металлических тонких пленках в месте контакта двух прозрачных валков, вращающихся в противоположные стороны, причем частота следования импульсов светового излучения составляет от 10 до 50 Гц, а скорость вращения валков выбирают из условия попадания на место прижима металлических тонких пленок от 5 до 10 импульсов светового излучения.
2. Устройство для сварки тонкопленочных изделий из металлов, содержащее источники светового излучения, отличающееся тем, что оно снабжено вращающимися в противоположные стороны прозрачными валками, при этом источники светового излучения выполнены в виде заполненных инертным газом светопрозрачных колб с электродами, введенными через торцы колб и соединенными с разрядными высоковольтными конденсаторами, которые снабжены отражателями, фокусирующими импульсы светового излучения в месте соприкосновения металлических тонких пленок, при этом источники светового излучения расположены внутри прозрачных валков.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136422A RU2638090C1 (ru) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | Способ сварки тонколистовых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136422A RU2638090C1 (ru) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | Способ сварки тонколистовых материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2638090C1 true RU2638090C1 (ru) | 2017-12-11 |
Family
ID=60718653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016136422A RU2638090C1 (ru) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | Способ сварки тонколистовых материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2638090C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4633128A (en) * | 1985-05-17 | 1986-12-30 | Ilc Technology, Inc. | Short arc lamp with improved thermal characteristics |
| JPS63212081A (ja) * | 1987-10-02 | 1988-09-05 | Toshiba Corp | レーザ加工方法 |
| SU1759584A1 (ru) * | 1990-06-04 | 1992-09-07 | Арендное Предприятие 9240 | Способ светолучевой сварки тонколистовых материалов |
| SU780369A1 (ru) * | 1979-06-05 | 2005-07-27 | Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского | Устройство для сварки световым лучом |
| RU2264901C1 (ru) * | 2004-03-09 | 2005-11-27 | Воронежский государственный технический университет | Способ лучевой сварки световым лучом |
-
2016
- 2016-09-12 RU RU2016136422A patent/RU2638090C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU780369A1 (ru) * | 1979-06-05 | 2005-07-27 | Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского | Устройство для сварки световым лучом |
| US4633128A (en) * | 1985-05-17 | 1986-12-30 | Ilc Technology, Inc. | Short arc lamp with improved thermal characteristics |
| JPS63212081A (ja) * | 1987-10-02 | 1988-09-05 | Toshiba Corp | レーザ加工方法 |
| SU1759584A1 (ru) * | 1990-06-04 | 1992-09-07 | Арендное Предприятие 9240 | Способ светолучевой сварки тонколистовых материалов |
| RU2264901C1 (ru) * | 2004-03-09 | 2005-11-27 | Воронежский государственный технический университет | Способ лучевой сварки световым лучом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10381216B2 (en) | Continuous-wave laser-sustained plasma illumination source | |
| Velikanov et al. | Repetitively pulsed Fe: ZnSe laser with an average output power of 20 W at room temperature of the polycrystalline active element | |
| Nilson et al. | Scaling hot-electron generation to high-power, kilojoule-class laser-solid interactions | |
| JP2007505460A (ja) | 極紫外放射又は軟ｘ線放射を生成する方法及び装置 | |
| JPH0461480B2 (ru) | ||
| Zvorykin et al. | Experimental capabilities of the GARPUN MTW Ti: sapphire–KrF laser facility for investigating the interaction of subpicosecond UV pulses with targets | |
| RU2638090C1 (ru) | Способ сварки тонколистовых материалов | |
| US20090016493A1 (en) | Renewable laser target | |
| JP2015530925A (ja) | 表面積及び熱エネルギーの散逸が増大するようにフェムト秒パルスレーザ技術によりナノ加工した材料 | |
| Dhillon et al. | Controlled generation of a vapor bubble representative of nucleate boiling conditions using transient focused laser heating | |
| Boley et al. | Lethality effects of a high-power solid-state laser | |
| EP0140730A1 (fr) | Source de rayons X mous utilisant un microcanal de plasma obtenu par photoionisation d'un gaz | |
| Ambartsumyan et al. | Heating of matter by focused laser radiation | |
| Stafe et al. | Pulsed laser ablated craters on aluminum in gaseous and aqueous environments | |
| RU2677421C1 (ru) | Способ сварки тонколистовых изделий из металла и устройство для его осуществления | |
| Higashiguchi et al. | Enhancement of conversion efficiency of extreme ultraviolet radiation from a liquid aqueous solution microjet target by use of dual laser pulses | |
| Brown et al. | Contamination mediated continuous-wave laser damage of optical materials | |
| Rocca et al. | High-energy Lasers: Compact ultra-intense lasers and nanostructures open a path to extreme pressures | |
| Godwal et al. | Laser‐induced ablation pressure in thin gold foils | |
| Nakano et al. | X-ray short-pulse generation from femtosecond laser-produced plasmas and its application in pump-probe spectroscopy | |
| Hirth et al. | Optimization of a long pulse dye laser | |
| Hironaka et al. | Picosecond Time-Resolved X-Ray Diffraction from Si (111) under High-Power Laser Irradiation | |
| Gregg et al. | Liquid Immersion for Reducing Damaging Effect of Laser Giant Pulses to Dielectric Mirror Coatings | |
| Kesim | Tailoring nonlinear temperature profile in laser-material processing | |
| Tallents et al. | Experiments with SPRITE 12 ps facility |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180913 |