激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來(lái)，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(kāi)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(jī)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(diǎn)，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(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，針對(duì)PC和PPO的激光透射焊接性能進(jìn)行了系統(tǒng)

2、性的研究。
　　首先，對(duì)激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚材料的焊接適用性進(jìn)行了分析，主要從上層材料透射率、溫度屬性和相容性三個(gè)方面進(jìn)行。通過(guò)測(cè)量激光透過(guò)聚碳酸酯后功率的衰減來(lái)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(cè)定了兩種材料的溫度屬性;分析了相容性對(duì)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(duì)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(jìn)行了分析和優(yōu)化，使用中心復(fù)合設(shè)計(jì)法建立了工藝參數(shù)表，進(jìn)行了激光透射焊接實(shí)驗(yàn)，使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)焊件進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)并使用基恩士顯微鏡測(cè)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(zhǔn)則下對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。結(jié)果表明，激光功率、掃描速度和夾緊力對(duì)焊接質(zhì)量都有明顯的影響，而激光功率和掃描速度對(duì)焊接質(zhì)量的影響更加顯著;運(yùn)用響應(yīng)面法建立的數(shù)學(xué)模型通過(guò)方差分析和實(shí)驗(yàn)證明具有較高的可靠

4、性;通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)獲取了特定優(yōu)化準(zhǔn)則下的最佳工藝參數(shù)。
　　之后，對(duì)激光透射焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接缺陷進(jìn)行了分析，根據(jù)焊縫拉伸過(guò)程中的力-位移曲線和焊縫斷面形貌對(duì)不同掃描速度下焊件的拉伸剪切失效形式進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，氣泡等焊接缺陷可通過(guò)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(dāng)掃描速度較大時(shí)(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(jī)制，當(dāng)掃描速度減小到一定值時(shí)(10mm/s)，焊接件失效形式出現(xiàn)韌性和脆性的混合型斷裂機(jī)制。
　　最后，使用有限元分析法對(duì)激光透射焊接PC和PPO材料的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析，獲取了激光透射焊接的溫度場(chǎng)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(jì)算結(jié)果和實(shí)際實(shí)驗(yàn)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(shì)，激光掃描后存在滯后的溫度場(chǎng)分布，