激光透射焊接塑料实验研究

为了研究焊接参数(如激光功率、焊接速度)对激光透射焊接塑料强度以及显微结构的影响,采用YAG激光器(功率为300 W,波长为1064 nm)进行聚碳酸酯(PC)材料的激光透射焊接。然后,利用万能材料试验机对焊接后的试件进行拉伸测试,最后利用光学显微镜对焊缝进行微观结构观察,测量焊缝宽度,分析焊缝质量。结果表明,透明PC塑料厚度在1~3.5 mm之间,透射率变化不明显。随着激光能量输入从0.27 J/mm增加到1 J/mm,焊接强度增加;当激光能量输入超过1 J/mm后,焊接强度开始减小。当透明塑料厚度为3.5 mm、激光功率为40 W、焊接速度为40 mm/s时,拉断力可达到峰值1.3 kN。为了提高焊接强度,应严格控制激光能量输入。     

激光透射焊接聚碳酸酯接头性能研究

为研究聚碳酸酯激光透射焊接接头性能,采用10W半导体端抽运全固态(DPSS)激光器进行了聚碳酸酯材料的激光透射焊接。采用光学金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和电子万能实验拉力机分析了接头的显微形貌、断口形貌和拉伸剪切强度。结果表明,在激光功率8 W、激光频率50kHz、焊接速度350mm/s、激光扫描间距0.1mm时,试样的拉伸剪切强度达到44MPa,为母材强度的68%,焊缝内部的分层和气孔是影响接头力学性能和断裂机制的主要原因,通过激光塑料透射焊接技术,可以获得接头力学性能良好的焊接试样。     

激光无吸收剂透射焊接透明PET塑料试验研究

使用1 710 nm半导体激光器,对同种透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料进行激光透射焊接,由于透明PET塑料对1.7μm的激光具有较高吸收率,因此焊接过程无需添加激光吸收剂。通过调整激光功率和焊接速度,探讨了线能量对焊接强度的影响。在激光功率为10 W,焊接速度为7.5 mm/s时,得到了美观牢固的焊接试件,此时的线能量为1.33 J/mm。保持此线能量不变,在激光功率为5～30 W的范围内设计了对比试验。结果表明,激光功率在5～30 W、焊接速度在3.75～22.50 mm/s内改变对焊接试件的焊缝强度影响较小。     

应用ABAQUS模拟激光焊接温度场

为了减小焊接变形,优化焊接工艺,需要准确预测激光焊接过程中温度场的分布情况,使用有限元模拟来预测温度场的分布是一种较好的方法.通过分析和总结激光焊接过程有限元模拟和理论分析的研究现状,以平板的焊接为例,建立了物理模型,并利用ABAQUS进行了激光焊接三维温度场的有限元模拟,讨论了模型的网格划分、边界条件及其模拟结果的后处理.模拟结果可以给出试件上任意一点任意时刻的温度情况,在激光功率为2000W、焊接速度为20mm/s的参数下模拟焊接2mm厚的A3钢板.结果表明,最高温度为3100℃左右,距焊接中心横向mm处A点的最高温度为150℃左右,与相同参数条件下的实验结果基本一致,说明有限元模拟可以准确预测焊接过程的温度场分布情况.     

激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚实验研究

对异种塑料聚碳酸酯和聚苯醚激光透射焊接性能进行了研究,分析了温度属性和相容性对可焊性的影响;采用半导体激光器进行激光透射焊接实验,采用电子万能试验机测定接头拉伸剪切强度,并用响应面法对焊接工艺参数进行实验设计建模与优化;采用三维显微镜对断面形貌进行观测,分析不同扫描速度下接头失效形式。结果表明,在激光功率为6.34 W、扫描速度为40 mm/s、夹紧力为0.39 MPa时,能获得最佳的焊接强度为6.51 MPa,当能量输入密度不同时,上下层材料的熔融结合作用程度和焊接缺陷(烧蚀和气泡)是影响接头力学性能和失效形式的主要因素。利用激光透射焊接技术,可以对异种塑料实现较好的焊接效果。     

聚丙烯激光透射焊接工艺及性能研究

利用激光透射焊接技术对聚丙烯(PP)塑料进行焊接,研究了激光焊接热塑性塑料的可行性。通过正交试验法研究了激光功率、焊接速度、碳黑含量对焊接强度和焊接质量的影响。探讨了线能量对焊接强度的影响。结果表明:对PP材料来说,激光功率是首要影响因素,其次是焊接速度,最后是碳黑含量。最佳的焊接工艺参数为激光功率50 W,焊接速度15 mm/s,碳黑质量分数0.15%。线能量对焊接质量有较大影响,线能量在1.5~3 J/mm可得到较好强度的焊件。     

高密度聚乙烯塑料激光焊接工艺参量试验研究

为了研究激光焊接中各工艺参量对高密度聚乙烯塑料焊接件性能的影响,采用激光穿透焊接高密度聚乙烯试样件,进行了力学拉伸试验并应用扫描电镜观测其焊缝断口的形貌。试验结果表明,当光斑直径为2mm、激光功率为75W、焊接速度为2mm/s时,焊接件断口没有飞边和夹渣,焊接接头成型良好,力学性能最佳;随着激光光斑直径的减小、焊接速度的降低或功率的增加,接头强度及伸长率均有提高。进一步从激光体能量角度分析了影响接头强度的因素,证实了激光焊接高密度聚乙烯是一种可行的方法。     

高密度聚乙烯塑料激光焊接工艺参量试验研究

为了研究激光焊接中各工艺参量对高密度聚乙烯塑料焊接件性能的影响,采用激光穿透焊接高密度聚乙烯试样件,进行了力学拉伸试验并应用扫描电镜观测其焊缝断口的形貌.试验结果表明,当光斑直径为2mm、激光功率为75W、焊接速度为2mm/s时,焊接件断口没有飞边和夹渣,焊接接头成型良好,力学性能最佳:随着激光光斑直径的减小、焊接速度的降低或功率的增加,接头强度及伸长率均有提高.进一步从激光体能量角度分析了影响接头强度的因素,证实了激光焊接高密度聚乙烯是一种可行的方法.     

激光焊接透明聚碳酸酯的试验研究

为得到不添加额外吸收剂的透明聚碳酸酯（PC）焊接试样，使用波长1710 nm和1910 nm的激光对PC进行了透射焊接研究，通过观察焊缝外观和测试焊缝强度以确定焊接试样的质量。试验结果表明：1710 nm和1910 nm的激光可以得到强度接近、焊接效果较好的PC试样；使用1710 nm的激光，在功率为20 W、焊接速度为6.5 mm/s、离焦量为-6 mm时，得到了最大拉断力为1334.4 N、焊接外观效果较好的PC试样，试样的强度达到了PC本体的60.9%。     

YG20/45#钢激光焊焊缝组织与界面元素扩散研究

在无填充、不开坡口条件下,以5 k W光纤激光作为热源,研究激光扫描速度对YG20硬质合金与45#钢的焊缝组织与元素扩散的影响规律。分析了YG20/45#钢焊缝成形、组织及元素扩散。讨论了激光扫描速度对于热胀系数差异较大的异质材料焊接的焊缝成形的影响规律。研究结果表明,当被焊材料厚度为2 mm时,采用激光功率P=1.93 k W、激光扫描速度v=2.40 m/min,离焦量-8 mm时,可以获得冶金结合良好的YG20/45#钢焊接接头;随着焊接热输入的增加,硬质合金/焊缝侧界面的碳化钨晶粒粗化,裂纹倾向增加。主要分布在焊缝和硬质合金侧热影响区,降低焊接接头的性能。线扫描分析结果表明,硬质合金中的W、Co与钢中Fe发生了互相扩散,使整个接头达到了很好的冶金结合。     

聚氯乙烯激光透射焊接温度场的有限元模拟

使用ANSYS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接透明聚氯乙烯(PVC)的三维有限元热分析模型.利用APDL编程实现高斯型热源的动态加载,得到了温度场的分布;进一步分析了焊接速度、激光平均功率和光斑直径等工艺参数对焊接质量的影响,并计算出焊缝宽度.结果表明,随着焊接速度的增加,焊缝区域的最高温度逐渐降低,焊缝宽度逐渐减小;当激光平均功率增大时,焊缝区域的最高温度增高,焊缝宽度增大;而当光斑直径增大时,焊缝宽度增大,但焊缝处的最高温度有所下降.焊缝宽度计算值与实验测量值相比,二者比较吻合.     

激光深熔焊接小孔效应的传热性研究

激光焊接由于其焊缝深宽比高、热影响区小以及高的焊接速度而在工业上得到越来越广泛的应用。激光深熔焊接的本质特征就是存在着小孔效应。采用高速摄影的方法清晰、完整地观测了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔，实验研究了离焦量、焊接速度对小孔和熔池形状、尺寸的影响。在分层假设的基础上建立了激光深熔焊接小孔效应的传热模型，并根据观测到的小孔形状和尺寸，用有限元法计算了小孔周围的温度场和流场。实验与模拟计算结果表明，小孔前沿的温度梯度比后沿的大；焊接熔池中的最大对流速度达到了焊接速度的10倍左右；小孔形状和尺寸的实验观测为系统研究激光深熔焊接时的小孔效应提供了一种新的方法。     

CFRP与不锈钢激光焊接的有限元分析

为了研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）与不锈钢激光焊接的机理,及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律,采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型,计算得到了温度场和应力场的分布,分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律,并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明,该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布;激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响;计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合,验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。     

钛合金薄板激光对接焊温度场的数值模拟

为了分析激光对接焊TC4钛合金薄板的焊接过程,以ANSYS软件为平台采用有限单元法建立了非线性瞬态热传导模型,模拟计算了焊接时的3维瞬态温度场;数值模拟过程中考虑了材料热物理性能参量的温度依存性,并利用APDL语言编程实现了移动高斯分布面热源模型的加载。结果表明,激光焊接过程中的温度场由非稳态到稳态,最终呈现出流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝的热影响区小;模拟得到的焊缝形状与试验获得的焊缝形状相吻合;模拟获得的400℃临界温度以上区域的尺寸范围为42.00mm10.56mm。该研究验证了模拟方法的正确性,为焊接保护装置设计提供了依据。     

玻璃激光焊接气孔控制研究

为了获得成形良好、气孔少的玻璃焊接焊缝, 采用在中间层添加对激光波长不透明玻璃料的方法, 对玻璃与玻璃激光焊接中出现的气孔问题进行了研究。以半导体激光作为热源, 搭建了用于玻璃与玻璃激光焊接的成套焊接设备, 对玻璃与玻璃激光焊接工艺进行了实验研究。通过分析气孔分布特征, 统计焊缝气孔率, 测量气孔尺寸, 对比焊缝正、反面形貌差异, 研究了激光平均功率、焊接速率等工艺参量对焊缝气孔产生的规律及表面形貌的影响。结果表明, 当激光功率过小、焊接速率过慢时, 不利于抑制焊缝中气孔的产生, 并且出现未焊上的情况; 随着激光功率、焊接速率的增加, 焊缝当中的气孔率显著上升; 在激光功率P=35W、焊接速率v＝0.1m/min、离焦量d=-15mm时, 可获得成形良好、气孔直径在3.696μm以下且分布均匀的焊缝, 连接强度高。此研究可为玻璃的激光封接制造提供理论依据, 具有广泛的工业应用前景。     

激光键合的有限元仿真及工艺参数优化

在硅/玻璃激光键合中,温度场的分布是影响晶片能否键合的关键因素.本文利用有限元法建立了移动高斯热源作用下硅/玻璃激光键合的三维温度场数值分析模型.运用该模型计算了不同的工艺参数条件下硅/玻璃的温度场分布,并由此得出键合线宽.然后通过漏选试验确定影响激光键合的主要工艺参数有激光功率、激光扫描速度及键合初始温度.最后通过对仿真结果进行回归分析,得到激光键合工艺的最优参数,为进一步研究激光键合工艺提供了理论依据.     

不锈钢薄板激光焊热源模型的探讨

通过实际施焊试验,优选出1.2mm厚不锈钢板对接激光焊的焊接工艺参数,用该参数在ANSYS有限元分析软件中对其焊接温度场进行了模拟.建立高斯表面热源与双椭球体热源叠加的组合热源模型,通过对焊缝截面形状的比较探讨了该组合热源中的两种热源模型的功率分配.选用面热源与体热源功率之比为3∶7时模拟出的焊缝截面形状与实际施焊的结果最为接近,并且显著优于采用单个热源模型加热时的模拟结果.     

HE130合金激光焊接线能量与焦点位置研究

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接线能量和激光焦点位置对HE130合金焊缝成形质量的影响。通过试验确定了不同板厚HE130合金激光焊接时的有效线能量 ,并量化了有效线能量与熔深及深宽比的关系 ,得到了HE130合金激光焊接的有效线能量曲线和激光功率与焊接速度在不同板厚范围内的匹配曲线。为获得最佳的焊缝成形 (焊缝深宽比及焊缝背面成形 ) ,通过试验确定了不同板厚HE130合金激光焊接时的最佳激光焦点位置 ,并量化了它与板厚的关系 ,即最佳激光焦点位置曲线。     

基于响应面法的玻璃激光焊接焊缝及气孔研究

为了获得气孔率低、玻璃料完全熔化、形貌良好的焊缝, 采用响应面法中的设计原理, 建立了玻璃激光焊接中焊缝缺陷面积占比率与工艺参数(预烧结峰值温度、激光功率、焊接速率和离焦量)的数学模型。基于所建模型, 理论分析了各工艺参数对焊缝缺陷面积占比率的交互影响趋势, 并对工艺参数进行了优化。结果表明, 在预烧结峰值温度为440℃、激光功率为37W、焊接速率为0.1m/min、离焦量为14.4mm的优化参数下进行实验, 焊缝中气孔面积和玻璃料未完全熔融面积之和仅占焊缝总面积的0.512%, 与模型预测结果吻合, 焊缝表面形貌良好, 焊缝剪切强度为17.765MPa, 高于标准值。该模型优化出的工艺参数是合理的, 该研究有助于提高玻璃激光焊接质量。