热塑性塑料PP激光透射焊接技术研究

论文摘要

随着塑料制品业的不断发展和产品轻量化的发展要求,以汽车制造业为代表的众多行业对塑料产品特别是复杂塑料零部件的需求日益扩大。塑料焊接以其经济、简单、快捷、可靠等特点,既可以在工艺上实现一次性整体或复杂结构的紧密连接,又十分适合于大批量生产,已成为热塑性塑料件连接的首选加工方法。激光透射焊接作为一种新兴的焊接技术,以其独特的技术优势和特点弥补了常规塑料连接手段的不足,正成为人们研究的热点。本文首先从塑料的光学性能出发,介绍了塑料对近红外线激光的反射、吸收、散射和透射作用,然后深入分析了塑料的热力学性能,包括三种不同的力学状态、熔体的流体特点等。基于激光透射焊接的原理和过程,采取搭接接头形式进行焊接,同时焊接关键技术和难点也被考虑。其次,设计并确定了激光透射焊接的实验方案,具体包括激光器和焊接材料的选择,焊接方法和实验过程的设计等。为了研究焊接工艺因素对焊接质量的影响,采用剪切强度测试和金相实验作为焊后测试手段。相对于大功率光纤激光塑料焊接的实验结果,能量分布相对均匀的半导体激光器更适合于塑料焊接。利用波长为808nm的半导体激光器,讨论了激光功率、焊接速度、夹紧力和吸收剂等工艺因素对PP激光透射焊接质量的影响,得出:在激光光斑大小一定的情况下,焊接线能量(激光功率与焊接速度的比值)存在一个最佳范围以获得良好的塑料焊缝成形,同时金相显微观察表明,两种PP材料在界面处发生交联并形成了新的化学键;拥有良好焊缝成形的接头一般表现出较高的剪切拉伸强度,而当焊缝中存在分解、烧蚀和气孔等缺陷时,缺陷周围易出现应力集中,接头强度将大大降低;保持一定的夹紧力是实现塑料激光焊接的前提,而在无夹紧力或夹紧力较小的情况下,焊缝易出现未焊合、漏焊和焊缝不均匀等缺陷;利用Clearweld吸收剂可以实现两种透光PP之间的焊接,但接头强度普遍偏低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热塑性塑料常用焊接技术
• 1.3 塑料激光焊接的应用前景
• 1.4 理论研究现状
• 1.5 课题研究的意义和工作内容
• 2 热塑性塑料激光透射焊接相关理论
• 2.1 聚合物的光学性能
• 2.2 聚合物的热力学性能
• 2.3 激光透射焊接基本原理
• 2.4 本章小结
• 3 实验方案设计
• 3.1 激光器的选择
• 3.2 焊接材料的选择
• 3.3 焊接方法的选择
• 3.4 激光透射焊接试验
• 3.5 焊后测试方法
• 3.6 本章小结
• 4 PP 激光透射焊接工艺研究
• 4.1 光纤激光对塑料焊接的影响
• 4.2 激光功率和焊接速度对焊缝成形的影响
• 4.3 激光功率和焊接速度对接头强度的影响
• 4.4 夹紧力对焊接质量的影响
• 4.5 吸收剂对焊接质量的影响
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献