激光透射焊接凭借其焊缝变形小、清洁高效、热影响区小等优势,在现代工业中应用越来越广泛。传统激光透射焊接研究需要采用吸光剂对红外波长光线进行吸收,采用在聚合物中间填充吸收剂比在下层材料中填充色母及其他吸光剂拥有更广阔的应用背景。中间热传导层的加入对焊接过程中能量传输规律、聚合物的吸热转换过程以及焊缝区域的形成有重要影响,使激光透射焊接技术的应用与装备得到进一步发展。本文以聚碳酸酯(PC)为研究对象,中间添加不同宽度的金属铝膜吸光传导热量,分析铝膜对聚合物可焊性以及热传递的影响规律;建立激光透射焊接工艺参数与焊接强度及焊缝宽度之间的数学模型,同时对含有铝膜的激光透射焊接工艺参数进行优化;构建包含铝膜的激光透射焊接简化三维有限元模型,探讨热-固耦合中焊接工艺参数对温度场、应力场的影响机理。研究内容如下:首先,分析加入铝膜对激光透射焊接聚碳酸酯可焊性的影响,探讨激光光束与焊接试件的相互作用,测量PC透光试件和铝膜光学性能;根据激光光束经过试件后能量被不同宽度铝膜吸收传导,建立光斑裕度的激光能量密度模型;研究金属薄膜热传导产生的聚碳酸酯的温度升高分布变化,并分析金属薄膜在激光透射焊接过程中的热应力。其次,采用单因素实验法对铝膜与聚碳酸酯可焊性进行实验验证。分析不同因素(功率、速度、铝膜)对焊接质量的影响;对拉断后焊接区域组织形貌和元素分布检测分析,研究铝膜在熔融聚合物之间的挤压变形对接头连接质量的影响,分析焊缝区域由热降解产生的高压均匀小气泡与熔融聚合物之间的微机械铆接作用。然后,使用响应面法与遗传算法相结合的方法(RSM-GA)对实验过程工艺参数优化。利用RSM建立三因素五水平设计方案,根据实验数据建立工艺参数与焊接强度和焊缝宽度之间的数学模型,同时基于最大焊接强度和最小焊缝宽度原则,使用遗传算法优化工艺参数组合,得到Pareto最优解集,通过预测结果和实验结果对比,来验证模型的准确性。最后,采用COMSO1对加入铝膜中间层的激光透射焊接PC过程中进行数值模拟。考虑透光PC的光学属性对模型的影响,根据涂覆吸光剂的铝膜传导层与激光的相互作用建立面热源模型。对激光透射连接PC的温度场以及温度场与应力场耦合进行研究,探讨焊接工艺参数对热-固耦合的影响规律。本文初步探索了加入铝膜中间层对研究与发展激光透射焊接的理论与应用价值,拓宽了双透明热塑性聚合物激光透射焊接的实用领域。