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。