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(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)激光透射焊接的基礎(chǔ)理論研究還有待完善。
　　本文重點(diǎn)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(duì)透射率、反射率和吸收率的影響;研究了玻纖含量對(duì)光斑直徑的影響，間接地揭示材料對(duì)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(zhǎng)下的反射率變化關(guān)系，通過(guò)X射線衍射儀測(cè)量了PA66GF的結(jié)晶度，分析了結(jié)晶度對(duì)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(duì)激光透射焊接PA66GF和PA66CF進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(duì)焊接件的間隙、熔深和剪切強(qiáng)度的影響，激光功率、焊接速度和線能量對(duì)剪切強(qiáng)度及熔深的影響，分析了熔深與剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系，揭示了

3、熔深與剪切強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系，并對(duì)熔深、剪切強(qiáng)度的變化給予了分析和說(shuō)明。
　　最后，重點(diǎn)研究了激光透射焊接熱塑性聚合物熔池?cái)?shù)學(xué)解析模型的建立。(1)根據(jù)溫度場(chǎng)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(lái)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(qiáng)型PA66實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，模型和實(shí)驗(yàn)達(dá)到了很好的一致性;第二套模型基于半無(wú)限體上點(diǎn)熱源的溫度場(chǎng)分布，借助離散化思想將光斑進(jìn)行分解，得出諸多個(gè)點(diǎn)熱源模型，利用時(shí)間簡(jiǎn)化模型將移動(dòng)的熱源模型轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)的，運(yùn)用疊加原理建立了熔深的數(shù)學(xué)解析模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，模型和實(shí)驗(yàn)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