热塑性塑料激光透射焊接的实验研究和温度场模拟

摘要

塑料的激光透射焊接具有焊件残余应力小、焊接质量好、易于控制和容易实现自动化等优点,被广泛的应用在汽车行业、微焊接等方面。国外有关塑料的激光透射焊接研究较多,产业化水平较高,但国内有关这方面的研究有限,且集中在高校和研究所,产业化很少。因此,开展塑料的激光透射焊接十分重要和必要。
　　 本文对聚碳酸酯(PC)和聚丙烯(PP)的激光透射焊接分别进行了深入研究,主要讨论激光功率、焊接速度和吸收剂碳黑含量对焊接质量的影响。首先,通过注塑实验得到焊接用试件。注塑件共有8种,分别为作为透明试件的纯PC、PP试件,以及作为吸收试件的三种不同碳黑浓度的对应材料试件。经过透光率实验测出了各试件对应激光器波长980nm的透光率,符合透射焊接条件。其次,根据正交试验设计方案进行了激光透射焊接实验,并对焊接成品进行了破坏性拉伸试验以及显微观测实验,得到了各组实验对应的拉伸强度及焊缝图片。通过分析得到,对PC和PP材料来说,激光功率是首要影响因素,其次是焊接速度,最后是碳黑含量,PC材料的最佳实验参数为激光功率40W,焊接速度40mm/s,吸收试件含碳量0.1％；PP材料的最佳实验参数为激光功率70W,焊接速度15mm/s,含碳量0.15％。最后,对PC材料的激光透射焊接过程进行了仿真模拟,得到了焊接速度和激光功率参数分别为40W、40mm/s,20W和50mm/s下的温度场分布云图,和对应的实验组23、4对比,得到的结果和实验结果较吻合。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 热塑性塑料激光透射焊接国内外研究现状

1.2.1 国外理论研究及产业化情况

1.2.2 国内理论研究及产业化情况

1.3 塑料激光透射焊接研究的意义

1.3.1 缩小国内外技术差距

1.3.2 塑料激光透射焊接应用前景广阔

1.4 本课题研究的主要内容和方法

1.5 本章小结

第二章 激光透射焊接原理及工艺

2.1 激光透射焊接原理

2.2 常用的激光透射焊接方法

2.2.1 轮廓焊接

2.2.2 同步焊接

2.2.3 准同步焊接

2.2.4 掩膜焊接

2.2.5 衍射焊接

2.2.6 复合光焊接

2.2.7 Globo焊接

2.3 焊接形式

2.4 本实验所用焊接方法和形式

2.4 本章小结

第三章 注塑及显微观测实验

3.1 焊接试件的制备

3.1.1 实验材料介绍

3.1.2 注塑

3.2 试件透光率实验

3.2.1 朗伯-比尔定律

3.2.2 试件的透光率实验

3.3 本章小结

第四章 激光透射焊接及测试

4.1 激光透射焊接实验

4.1.1 焊接激光器

4.1.2 焊接材料及吸收剂

4.1.3 夹具设计

4.1.4 影响焊接的因素

4.2 PC及PP材料激光透射焊接实验设计

4.2.1 正交实验法和拟水平法介绍

4.2.2 正交试验法的数据处理及优点

4.2.3 实验正交试验设计

4.3 焊件测试

第五章 焊接实验结果与分析

5.1 PC焊接件实验结果及分析

5.1.1 PC焊接件的拉伸结果及分析

5.1.2 PC焊件焊缝分析

5.2 PP焊接件实验结果及分析

5.2.1 PP焊接件的拉伸结果及分析

5.2.2 PP焊件焊缝分析

5.3 本章小结

第六章 PC试件焊接过程的温度场模拟

6.1 PC试件焊接过程仿真建模及求解

6.2 PC试件焊接过程温度场的分布

6.2.1 最佳参数焊接温度场分布云图

6.2.2.不完全焊接温度场分布云图

6.3 仿真和实验对比

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

附录

附表1 PC焊接件拉伸结果

附表2 PC焊件线能量及焊接效果

附表3 PP焊接件拉伸结果

附表4 PP焊件线能量及焊接效果

致谢