热塑性塑料激光透射焊接的研究

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热塑性塑料的激光透射焊接以其优良的焊接质量、易于控制、可焊接微小零件(尺寸小于500μm)等诸多优点成为人们研究的热点,特别是汽车热塑性零件,激光透射焊接已成为该领域的首选加工方法。但是国内对于该课题的研究还非常少,无论是理论、专利申请还是产业化方面都无法与国外相比。因此,开展激光透射焊接塑料研究有着十分重要的意义。本文首先建立了PP(聚丙烯)和HDPE(高密度聚乙烯)透射焊接过程的热流模型,由热流数学模型得出:在焊接过程中,焊接样品的温度变化量AT和激光功率P、光斑直径D、焊接速度V、焊接时间t、材料对激光的吸收率α_T、材料密度p有关,该模型为确定焊接实验影响因素提供了重要的理论依据。其次,设计了激光透射焊接的实验方案,包括选择激光器、焊接材料、焊接方法、吸收剂、设计了满足透射焊接特殊要求的专用夹具并用正交实验法设计出焊接实验方案。最后,为了研究焊接因素对焊接质量的影响,实验对焊接样品进行拉伸测试和切片实验,分析了焊接各因素对拉伸强度和焊缝宽度的影响,分析结果发现对于PP各焊接因素对焊接强度的影响的大小顺序为:焊接速度、激光器的频率、焊接后冷却时间、夹具的夹紧力、光斑直径、激光器功率;对于HDPE则为:焊接速度、激光器功率、冷却时间、光斑直径、激光器的频率、夹具的夹紧力;无论对于PP还是HDPE,焊接速度对焊接质量的影响始终是最大的,一般而言较低的焊接速度可以得到质量较高的焊接,论文还用极差法确定PP和HDPE的最佳焊接工艺参数。对于焊接和测试过程出现的黑色焊缝、伪断裂等现象,论文也进行了分析,发现激光能量密度过高会导致样品表面焦化形成黑色焊缝,焊缝不均匀则产生伪断裂现象。对除此之外,实验部分还对两种吸收剂在焊接中的效果进行了比较,实验结果表明黑漆涂层的焊接效果要比黑色薄膜好。
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