激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，隨著產(chǎn)品輕量化和節(jié)能環(huán)保需求的增加，熱塑性塑料及其復(fù)合材料已開始取代金屬材料在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，其中，聚碳酸酯(PC)和聚苯醚(PPO)以其優(yōu)異的力化學(xué)性能廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車工業(yè)等行業(yè)中。激光透射焊接技術(shù)因其焊接質(zhì)量好、熱應(yīng)力和機械應(yīng)力低、容易控制、焊接效率高、可焊接復(fù)雜零件等優(yōu)點，成為PC和PPO焊接富有應(yīng)用潛力的一種焊接技術(shù)選擇。本文采用實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，針對PC和PPO的激光透射焊接性能進行了系統(tǒng)

2、性的研究。
　　首先，對激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚材料的焊接適用性進行了分析，主要從上層材料透射率、溫度屬性和相容性三個方面進行。通過測量激光透過聚碳酸酯后功率的衰減來確定材料的透射率;采用熱分析法（差示掃描量熱分析法以及熱重分析法）測定了兩種材料的溫度屬性;分析了相容性對異種材料激光透射焊接性能的影響。結(jié)果表明，聚碳酸酯和聚苯醚材料具有良好的焊接性能，可形成牢固焊縫。
　　然后，使用響應(yīng)面法對激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚

3、材料的激光透射焊接工藝參數(shù)進行了分析和優(yōu)化，使用中心復(fù)合設(shè)計法建立了工藝參數(shù)表，進行了激光透射焊接實驗，使用萬能試驗機對焊件進行拉伸實驗并使用基恩士顯微鏡測量焊縫寬度，應(yīng)用響應(yīng)面法建立了反映焊接工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，在特定優(yōu)化準則下對工藝參數(shù)進行優(yōu)化處理。結(jié)果表明，激光功率、掃描速度和夾緊力對焊接質(zhì)量都有明顯的影響，而激光功率和掃描速度對焊接質(zhì)量的影響更加顯著;運用響應(yīng)面法建立的數(shù)學(xué)模型通過方差分析和實驗證明具有較高的可靠

4、性;通過優(yōu)化設(shè)計獲取了特定優(yōu)化準則下的最佳工藝參數(shù)。
　　之后，對激光透射焊接過程中產(chǎn)生的焊接缺陷進行了分析，根據(jù)焊縫拉伸過程中的力-位移曲線和焊縫斷面形貌對不同掃描速度下焊件的拉伸剪切失效形式進行了分析。結(jié)果表明，氣泡等焊接缺陷可通過優(yōu)化工藝參數(shù)和使用合適的焊接條件避免或者減輕;不同掃描速度下焊接件的拉伸剪切失效形式具有較大差異，當掃描速度較大時(50mm/s)，焊接件呈現(xiàn)明顯的脆性斷裂現(xiàn)象，隨著掃描速度的減小(40mm/s)，

5、焊接件失效形式呈現(xiàn)韌性斷裂機制，當掃描速度減小到一定值時(10mm/s)，焊接件失效形式出現(xiàn)韌性和脆性的混合型斷裂機制。
　　最后，使用有限元分析法對激光透射焊接PC和PPO材料的溫度場分布進行了數(shù)值模擬與分析，獲取了激光透射焊接的溫度場云圖分布及其變化規(guī)律，比較分析了不同工藝參數(shù)（激光功率、掃描速度）下焊縫寬度的模擬計算結(jié)果和實際實驗結(jié)果差異。結(jié)果表明，焊縫區(qū)域的溫度在激光掃描后呈現(xiàn)快速上升趨勢，激光掃描后存在滯后的溫度場分布，