1910 nm激光透射焊接同种透明聚苯乙烯工艺的研究

本文使用波长为1910 nm的半导体激光器对聚苯乙烯(PS)透明塑料板材进行了无吸收剂激光透射焊接实验,研究了激光功率、焊接速度以及线能量等参数对试件的焊接效果的影响。实验结果表明,1910 nm半导体激光器可以实现对同种聚苯乙烯透明塑料的无吸收剂焊接,且焊接效果优异。在线能量为3 J/mm时,得到了较为理想的焊接试件,焊缝形貌均匀规整,可承受的拉断力达到707 N,可满足食品、医疗等对塑料制品卫生标准要求较高的塑料加工领域的需求。本研究具有广阔的应用前景,对替代传统塑料焊接(超声焊接、摩擦焊接等)以及传统激光塑料焊接(需添加吸收剂)具有重要的研究意义。

两种不同热塑性塑料之间的激光透射焊接试验

采用英国焊接学会发明的Clearweld吸收剂,进行了透明聚苯乙烯和聚氯乙烯异种塑料之间的激光透射焊接试验,利用正交试验法研究了透明聚苯乙烯和聚氯乙烯之间激光透射焊接质量.对焊接样品进行拉伸测试和切片试验,分析了各焊接因素对抗拉强度和焊缝宽度的影响.并采用极差法对试验数据进行处理,得到了透明聚苯乙烯和聚氯乙烯之间激光透射焊接的最佳焊接工艺参数,确定各焊接因素对焊接强度影响从大到小的顺序为焊接速度、夹具夹紧力、光斑直径、激光器平均功率、激光器频率、焊后保压时间,对实际生产具有一定的指导意义.

吸收剂对热塑性塑料激光透射焊接质量的影响

为了研究吸收剂对激光透射焊接热塑性塑料的影响,设计了热塑性材料的激光透射焊接实验方案,对透明聚苯乙烯、聚氯乙烯两种塑料成功地进行了激光透射焊接,运用正交实验方法对焊接工艺进行了分析,并对焊接样品进行了剪切强度测试;讨论了黑漆和 clearweld 两种不同吸收剂对焊接强度和外观质量的影响,对实验中出现的黑色焦黄色焊缝、焊缝凸起和焊接断裂等现象进行了分析。结果表明,clearweld 吸收剂优于黑漆吸收剂。

工艺参数对激光透射焊接聚碳酸酯影响

利用激光透射焊接技术对聚碳酸酯（PC）塑料进行焊接,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.探讨了热输入对焊接强度的影响,通过对焊缝显微形貌分析,进一步研究了炭黑含量对焊接质量的影响.结果表明,对PC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40 W,焊接速度40 mm/s,含碳量0.1%.热输入对焊接质量有较大影响,热输入在0.5~1.3 J/mm可得到较好强度的焊件.

激光透射焊接尼龙66光学属性研究

为了揭示激光与聚合物之间的相互作用机理,以尼龙66(PA66)为研究对象,采用刀刃法分析了半导体激光器的激光功率通量分布,采用紫外-可见-近红外分光光度计测量了PA66和质量分数为0.3的玻纤增强尼龙66(PA66GF30)的光学参量,分析了材料厚度及玻纤增强剂对PA66的透射率、反射率和吸收率的影响。通过非接触线扫描实验和数学模型研究了材料厚度及玻纤增强剂对PA66光散射的影响,确定了激光透过PA66和PA66GF30后的激光功率通量分布。结果表明,PA66的透射率随着厚度的增加而减小,反射率、吸收率随着厚度的增加而增大,光散射随着厚度的增加而增大;加入玻纤时,透射率明显减小,反射率稍有增大,吸收率和光散射均明显增大。此研究对确定不同厚度热塑性塑料的光散射参量以及数值模拟在激光透射焊接中的更广泛应用是有帮助的。

红外加热辅助激光透射焊接异种聚合物

异种相容聚合物因温度属性差异导致焊接效果不佳,为提高其激光透射焊接强度,采用了在激光透射焊接时辅助使用红外加热灯加热具有较高熔融温度的上层材料而改善焊接强度的新方法。从光学属性、温度属性、相容性和上层材料吸热测试4个方面对可焊性进行了理论和实验分析;采用响应面法进行工艺参量优化,取得了最佳工艺参量组合;使用3维显微镜研究了焊件断面形貌及失效形式,并分析了焊缝处气泡对焊接性能的影响。结果表明,使用红外加热灯辅助焊接的最大剪切力能达到激光直接透射焊接时的1.5倍左右。红外加热灯的辅助加热作用是有效解决异种聚合物因温度属性差异大而导致焊接效果不理想问题的一种新途径。

激光塑料透射焊接夹具设计

夹具的夹紧力是影响激光透射焊接质量的要素之一,精确测得夹具的夹紧力对试验有重要的影响。所设计的施加夹紧力的夹具主要由机械和电子两部分组成,最大载荷为195.902N(19.99kg),精度可达0.0196N(0.002kg),压力值可由夹具显示屏显示出来,超载时,夹具会自动报警。

激光透射焊接聚碳酸酯的有限元数值模拟

为了研究激光透射焊接塑料过程中温度分布对焊接显微结构和强度的影响。采用ABAQUS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接聚碳酸酯(PC)的三维有限元热分析模型,通过子程序DFLUX和FFORTRAN语言编程实现超高斯型热源的动态加载,有限元分析得到激光透射连接过程中温度场的分布。结果表明:当激光功率P=40W,焊接速度v=40mm/s时,焊接温度达到333.8℃,焊接强度最高(1.3KN),焊接质量最好;当焊接速度v=10 mm/s时,最高温度达到589.5℃,拉伸强度为0.4KN。当激光功率为40W,焊接速度为100mm/s时,焊接温度达到165.5℃,拉伸强度为0.74KN。焊缝成形的好坏主要与焊接温度有关,可通过选择合适的工艺参数对这些缺陷进行控制。

基于体热源的激光透射焊接PA66温度场模拟

目前国内激光透射焊接温度场模拟大多采用面热源,无法考虑炭黑含量的影响。为此,文中使用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PA66的激光透射焊接温度场进行了模拟,并将模拟结果与面热源下的模拟结果、实验结果分别进行对比。结果发现,由体热源模型模拟得到的焊缝热影响区形貌与实际热影响区形貌较为接近,模型预测的热影响区尺寸也与实测值保持着较高的吻合度,表明体热源能较好地表征炭黑含量对焊接结果的影响,并在温度场模拟方面明显优于面热源。

激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟与分析

以聚碳酸酯(PC)为研究对象,利用ANSYS的APDL语言构建了三维瞬态有限元模型,分别采用体热源模型和面热源模型研究了不同功率下的焊接温度场,得到了三维温度场分布,并将模拟结果进行对比。结果表明,面热源下温度场在两试件中呈对称分布,最高温度位置在焊缝中心;体热源时吸收试件热影响区大于透过试件的,最高温度位置在焊缝下方吸收试件中。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,体热源模型得到的焊缝热影响区形貌与试验热影响区形貌较为接近。并且采用体热源加载方式对w(炭黑)0.1%和w(炭黑)0.15%的温度场进行了研究,得出炭黑含量对焊缝形貌和最高温度以及其位置都有影响。

基于铝膜中间层的聚碳酸酯激光透射焊接热-固耦合数值模拟

以聚碳酸酯为研究对象,使用铝膜作为中间传导层,选用高斯面热源模型,建立了金属薄膜热应力理论模型和有限元模型,应用COMSOL软件对含有铝膜中间层的聚碳酸酯激光透射焊接过程进行数值模拟.首先分析焊接过程中焊缝不同位置处的形变和不同方向的体应变张量.然后根据模拟出的等效应力云图和主应力云图,分析焊接过程中的应力大小及分布.结果表明,离激光中心越近,体应变张量越大,形变越大;铝膜与聚碳酸酯间隙交界处等效应力最大,并且中心点应力随时间先增大后减小,最后趋于稳定.运用拉伸机进行拉伸试验,将试验结果与模拟结果进行对比,发现铝膜与聚碳酸酯间隙交界处产生脆性断裂,断裂处与应力集中处相同,结果表明两者之间有良好的一致性.

聚碳酸酯激光透射焊接力学性能分析

为研究聚碳酸酯激光透射焊接力学性能,采用10 W半导体端泵浦全固态激光器进行了透明与不透明聚碳酸酯的焊接.采用光学金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和电子万能实验拉力机分析测试了接头的显微形貌、断口形貌、显微硬度分布及拉伸抗剪强度.结果表明,随着激光面能量的增加,接头的连接形式由焊接接头演化为类似粘接接头;分层和气孔是影响接头力学性能的主要原因,通过控制面能量,可获得力学性能良好的焊接试样,在面能量为0.23 J/mm2时,拉伸抗剪强度达到44 MPa,约为母材强度的68%,且接头的显微硬度与母材相当;接头的断裂机制为混合断裂机制.

基于体热源的激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟

在激光透射焊接理论的基础上,对聚碳酸酯(PC)的激光透射焊接进行了深入研究。应用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PC的激光透射焊接温度场进行了模拟,得到了三维温度场分布,并从X,Y,Z三个方向上分析了热影响区的温度变化规律。结果表明,X方向上,焊缝中心处各点时间温度历程规律基本一致,只是最大温度出现的时间不同;Y方向上,随着与焊缝中心距离增加温度降低;Z方向上,最大温度位于焊缝下方,且向两侧逐渐降低。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,结果显示模拟与试验结果相吻合。

PP塑料激光透射焊接剪切强度测试方法研究

提出一种新的激光焊接接头剪切强度测试方法:即将现有的两块板材、一条焊缝的试样制备方法,改变为四块板材、四条焊缝的试样制备方法。选取透明聚丙烯(PP)和不透明PP板条试样进行了验证性试验,按照两种塑料焊接强度测试方法在万能材料试验机上试验观测,对测量结果和数据进行和分析证明:双搭的焊接剪切强度测试方法因为没有附加力矩的作用,不会改变焊接面受力状态,因此在拉伸剪切过程中没有角度偏转,而单搭的测试方法存在附加力矩带来的角度偏转;在相同能量密度区间,测试得到的双搭剪切断裂强度值高于单搭焊接的试样的值。这是因为单搭焊接焊缝的断裂的是不同步的,而双搭焊接断裂是同步的。

激光透射焊接聚碳酸酯的有限元分析

为了研究激光透射焊接塑料过程中温度分布对焊接显微结构和强度的影响,采用ABAQUS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接聚碳酸酯(PC)的三维有限元热分析模型,通过子程序DFLUX和FORTRAN语言编程实现超高斯型热源的动态加载,有限元分析得到激光透射连接过程中温度场的分布。结果表明:当激光功率P=40 W,焊接速度v=40 mm/s时,焊接温度达到333.8℃,焊接强度最高(1.3 k N),焊接质量最好;当焊接速度v=10 mm/s时,最高温度达到589.5℃,拉伸强度为0.4 k N。当激光功率为40 W,焊接速度为100 mm/s时,焊接温度达到165.5℃,拉伸强度为0.74 k N。焊缝成形的好坏主要与焊接温度有关,可通过选择合适的工艺参数对这些缺陷进行控制。

基于LibSVM激光透射焊接聚碳酸酯的工艺参数优化

选用透明聚碳酸酯(PC)作为试验对象,铝粉碳粉混合物作为吸收剂,采用支持向量机算法对激光透射焊接聚碳酸酯试验数据进行回归分析,获得理论最优焊接工艺参数。首先,采用曲面响应法进行试验方案规划,获得焊接质量与焊接工艺相关性模型;其次,采用LibSVM支持向量机对与焊接工艺参数(激光功率、吸收剂配比、焊接速度、表面粗糙度)进行优化;最后,采用模型回归预测,并进行试验验证。研究结果表明,激光功率为37 W,焊接速度为5 mm/s,铝粉含量为29%,表面粗糙度为1.77μm时获得最佳焊接质量,同时优化后的预测值与试验值误差较小,对降低焊接成本、提高焊接质量及焊接效率具有指导意义。

热塑性塑料激光透射焊接研究

针对混合20%玻纤的丙烯腈-苯乙烯共聚物(AGS)热塑性塑料,进行激光透射焊接试验,得到了线能量对AGS焊接质量的影响规律。在线能量为0.75~1J/mm之间时,剪切强度可达18MPa以上,焊接质量最优。

无定形塑料激光透射焊接质量分析

通过测试焊接试样的拉伸剪切强度与断口形貌,检验塑料激光透射焊接的质量。阐述了激光焊接塑料的基本原理,选用了无定形的聚碳酸酯材料进行焊接工艺研究,分析了激光参数对焊缝拉伸剪切强度的影响,并采用金相显微镜观察了断口形貌。结果表明:激光塑料焊接可以得到力学性能良好的焊接试样,由于能量密度的不同,焊缝在拉伸剪切力作用下会产生不同形貌的断口,证实了激光塑料焊接是一种新兴的更加快速、有效、环保的焊接方式。

塑料激光透射焊接原理及材料影响因素探析

首先介绍了塑料激光透射焊接的原理,焊接工艺对选材的要求。其次,探析了材料对激光透射焊接的影响因素,分析了增韧、增强、材料配色以及厚度对透光率的影响,同时对现阶段激光吸收剂的使用情况进行了综述。最后,针对目前制造过程中遇到的问题,对激光焊接材料提出了新需求。

激光透射焊接技术在塑料离心风叶焊接中的应用

针对超声波焊接大直径曲面塑料离心风叶存在的若干问题,包括:焊接强度不均匀,焊接应力大等。引进激光透射焊接技术焊接塑料离心风叶,该技术能够较好地解决上述问题。首先,详细介绍了塑料离心风叶的结构和特点,分析超声波焊接存在问题的主要原因。其次,简单介绍激光透射焊接技术的原理,阐述激光透射焊接技术对于大直径曲面塑料离心风叶的优势。随后,介绍了研究开发的激光透射焊接装备,设计了焊接大直径曲面塑料离心风叶的专用夹具。最后,在自主研发的焊接装备上,进行ABS试验板焊接实验获取最优焊接参数,进而开展小批量离心风叶的焊接实验。实验结果表明:激光透射焊接技术相比超声波焊接技术焊接大直径曲面塑料离心风叶时具有焊接速度更快、强度更高的特点,焊接时间为42 s,单个叶片最小承受拉力为772 N;此外,激光透射焊接技术还避免了超声波焊接产生刺耳的噪声。由此可以证明,激光透射焊接技术在大直径曲面塑料离心风叶的焊接中存在巨大的市场推广价值和潜力。