基于模擬的聚合物激光透射焊接工藝參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著塑料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，激光透射焊接熱塑性塑料方法以其焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良、操控簡(jiǎn)易、焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)越發(fā)受到人們的重視。在許多較為精密的制造環(huán)節(jié)中，激光透射焊接技術(shù)已成為不可替代的加工方式。鑒于國(guó)內(nèi)對(duì)于該課題的研究較少、理論研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與國(guó)外都還有較大差距，因此，開展激光透射焊接熱塑性塑料研究具有十分重要的意義。
　　 本文在激光透射焊接作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過分析高聚物的熱學(xué)性能(包括玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、粘性流動(dòng)特點(diǎn)、熱導(dǎo)率等)，選取

2、搭接焊接方式，對(duì)聚碳酸酯試件進(jìn)行了激光透射焊接試驗(yàn)。利用試驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法對(duì)焊接過程以及焊接結(jié)果做了系統(tǒng)的研究和分析。
　　 首先通過注塑方式得到焊接用透明試件和含炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的吸收試件，通過測(cè)定透光率，確定試件可以用于激光透射焊接。
　　 其次，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，以焊接強(qiáng)度和焊縫寬度作為響應(yīng)值設(shè)計(jì)了四因素五水平的響應(yīng)曲面法試驗(yàn)方案。對(duì)焊接后的試件分別進(jìn)行拉伸測(cè)試和顯微觀測(cè)。結(jié)合試

3、驗(yàn)結(jié)果和焊縫的微觀形貌，分析可知，焊接過程中形成的氣孔以及材料的熱分解現(xiàn)象是造成焊接強(qiáng)度不高的直接原因。過高的激光功率或過低的焊接速度都易造成焊縫內(nèi)部燒蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生；較低的夾緊力和較短的冷卻時(shí)間則不利于試件在焊接區(qū)域產(chǎn)生有效的結(jié)合。
　　 最后，利用Design-Expert軟件建立了焊接工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并做了優(yōu)化分析。討論了激光功率、焊接速度、夾具夾緊力、焊后冷卻時(shí)間四個(gè)工藝參數(shù)對(duì)焊接強(qiáng)度、焊縫寬度的交互影響趨勢(shì)。結(jié)果表明

4、，激光功率和焊接速度對(duì)于兩個(gè)響應(yīng)值的交互影響較大，適當(dāng)增加激光功率、減小焊接速度、增加夾具夾緊力和冷卻時(shí)間有利于提高焊接質(zhì)量。通過預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，利用響應(yīng)曲面法對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是合適的，數(shù)學(xué)模型的建立也比較準(zhǔn)確。模擬預(yù)測(cè)出的最優(yōu)值與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證值吻合程度較高。
　　 研究表明，通過響應(yīng)麗法建立合適的模型對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以顯著提高焊接質(zhì)量。本文為塑料激光焊接的大規(guī)模、自動(dòng)化生產(chǎn)應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，并給出了可供參考的