高分子材料具有密度小、强度高及耐蚀性好等优点,在工业中的应用日益广泛。对于结构复杂的塑料制品不能通过一次挤压成型,需通过连接技术将各部件连接起来。与传统连接方法(振动摩擦焊接和热板焊接)相比,激光焊接具有速度快,表面成型质量好等优点,在高端制造产业备受青睐。国外高分子材料激光焊接在工业中已有广泛应用,而国内该行业起步较晚,故开展高分子材料激光焊接研究意义重大。传统焊接方法中,采用激光头旋转或工作台旋转的方式焊接环形焊缝,针对这一特点,利用光学系统研究了环形激光束的形成原理,并利用环形激光束实现了高分子材料的超高速同步焊接,提高焊接质量和生产效率。结果表明,随着准直镜焦距的增加,环形激光束的外径不变,内径减小,环形激光束的光环宽度增加;随着第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜的间距增加,环形激光束的内径和外径同时增加,而环形激光束的光环宽度保持不变;通过准直镜、第一枚圆锥透镜及第二枚圆锥透镜的同轴性调节,可获得能量密度分布均匀的环形激光束;本文选用准直镜焦距为f=60mm,调节两枚圆透镜之间的距离L12=61.5mm,获得了外径2R=55mm,内径2r=44.2mm,及宽度W=5.4mm的环形激光束,对1+2mm厚的高分子材料搭接接头实现了超高速焊接。当焊接压力为200N,激光输出功率为300W,激光照射时间为2.0s时,其拉伸剪切强度达到最大值(断裂位置位于TPV-弹性体的母材上,2.4MPa)。普通激光焊接头光束能量密度呈高斯分布,加热区温度基本上也呈现高斯分布,形成了焊缝中间加热温度高,而两边加热温度低,高分子材料在焊缝中心容易出现烧蚀、气孔等缺陷,为了克服这一问题的出现,本研究在上述光学系统中的第二枚圆锥透镜下面设置了一枚焦距f=60mm的聚焦镜,在焦点获得了外径2R=2.0mm,内径2r=1.7mm,及宽度W=0.15mm的小环形激光束。选取激光功率、焊接速度、光斑直径、焊后保压时间为主要研究参数,采用正交试验设计方法,对厚度3.5mm的PA6板材搭接接头进行焊接试验。结果表明,工艺参数对焊接质量影响程度大小的顺序为激光功率>焊接速度>光斑直径>焊后保压时间,最佳工艺参数为激光功率80W、焊接速度2mm/s、光斑直径3mm、焊后保压时间为40s,其拉伸剪切强度(19.05MPa)达到了母材的86%,断裂位置位于焊缝处母材。