激光透射焊接熱塑性聚合物光學(xué)屬性及熔池模型的研究.pdf

1、激光透射焊接是一種新興的、高效的連接技術(shù)，廣泛應(yīng)用于熱塑性聚合物之間的焊接以及聚合物與金屬間的焊接。國內(nèi)外對激光透射焊接工藝研究以及數(shù)值模擬已經(jīng)很普遍，而對激光透射焊接的基礎(chǔ)理論研究還有待完善。
　　本文重點研究了激光透射焊接熱望性聚合物材料的光學(xué)屬性以及焊接熔池模型的建立。首先研究了不同玻纖含量尼龍66(PA66GF)對透射率、反射率和吸收率的影響;研究了玻纖含量對光斑直徑的影響，間接地揭示材料對光的散射現(xiàn)象;還討論了不同碳纖含

2、量尼龍66(PA66CF)在不同入射波長下的反射率變化關(guān)系，通過X射線衍射儀測量了PA66GF的結(jié)晶度，分析了結(jié)晶度對材料的光學(xué)屬性的影響，為后續(xù)熔池模型的建立奠定基礎(chǔ)。
　　其次，對激光透射焊接PA66GF和PA66CF進(jìn)行了實驗研究，其中，上層材料含有30％的玻纖，下層材料含有30％的碳纖。研究了夾緊力對焊接件的間隙、熔深和剪切強度的影響，激光功率、焊接速度和線能量對剪切強度及熔深的影響，分析了熔深與剪切強度之間的關(guān)系，揭示了

3、熔深與剪切強度的內(nèi)在聯(lián)系，并對熔深、剪切強度的變化給予了分析和說明。
　　最后，重點研究了激光透射焊接熱塑性聚合物熔池數(shù)學(xué)解析模型的建立。(1)根據(jù)溫度場的分布建立了兩套激光透射焊接熱塑性聚合物熔深相關(guān)的解析模型。第一套模型是以朗伯—比爾定律和傅里葉基本定律為基礎(chǔ)，考慮材料的光學(xué)屬性和熱物理屬性建立起來的。首次提出了激光透射焊接熱塑性聚合物界面間存在一定的能量分配系數(shù)K，K值的大小取決于工藝條件和材料的物性參數(shù)。結(jié)合激光透射焊接增

4、強型PA66實驗對模型進(jìn)行了驗證，模型和實驗達(dá)到了很好的一致性;第二套模型基于半無限體上點熱源的溫度場分布，借助離散化思想將光斑進(jìn)行分解，得出諸多個點熱源模型，利用時間簡化模型將移動的熱源模型轉(zhuǎn)化為瞬時的，運用疊加原理建立了熔深的數(shù)學(xué)解析模型，并通過實驗進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明，模型和實驗取得了很好的一致性。
　　(2)基于熱力學(xué)中吸、放熱定律，建立了激光透射焊接熱塑性聚合物焊縫橫斷面的熔化面積數(shù)學(xué)解析模型，從而綜合地考慮了焊縫寬度和