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文档简介
激光透射焊接论文:热塑性塑料激光透射焊接的实验研究和温度场模拟【中文摘要】塑料的激光透射焊接具有焊件残余应力小、焊接质量好、易于控制和容易实现自动化等优点,被广泛的应用在汽车行业、微焊接等方面。国外有关塑料的激光透射焊接研究较多,产业化水平较高,但国内有关这方面的研究有限,且集中在高校和研究所,产业化很少。因此,开展塑料的激光透射焊接十分重要和必要。本文对聚碳酸酯(PC)和聚丙烯(PP)的激光透射焊接分别进行了深入研究,主要讨论激光功率、焊接速度和吸收剂碳黑含量对焊接质量的影响。首先,通过注塑实验得到焊接用试件。注塑件共有8种,分别为作为透明试件的纯PC、PP试件,以及作为吸收试件的三种不同碳黑浓度的对应材料试件。经过透光率实验测出了各试件对应激光器波长980nm的透光率,符合透射焊接条件。其次,根据正交试验设计方案进行了激光透射焊接实验,并对焊接成品进行了破坏性拉伸试验以及显微观测实验,得到了各组实验对应的拉伸强度及焊缝图片。通过分析得到,对PC和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,PC材料的最佳实验参数为激光功率40W,焊接速度40mm/s,吸收试件含碳量0.1%;PP材料的最佳实验参数为激光功率70W,焊接速度15mm/s,含碳量0.15%。最后,对PC材料的激光透射焊接过程进行了仿真模拟,得到了焊接速度和激光功率参数分别为40W、40mm/s,20W和50mm/s下的温度场分布云图,和对应的实验组23、4对比,得到的结果和实验结果较吻合。【英文摘要】Laser transmission welding (LTW) of plastics has advantages of low residual stress, excellent welding quality, easy controlling and automatization. Thus, its widely used in many industries such as automotive and micro welding. LTW is the focus of research abroad, and has a large-scale of industrialization. However, in our country the related research is scarce and only done by the universities and institutes. Therefore, its very important and necessary to research on LTW of plastics.In this paper, LTW of polycarbonate(PC) and polypropylene(PP) were carried out separately. Influences of laser power(P), weld speed(v) and concentration of carbon black(CB%) as absorbent on welding quality have been discussed in details.First of all, welding specimens are obtained through injection molding. There are 8 kinds of injection molded parts in which pure PC and PP parts are used as transparent part in LTW, the corresponding parts with carbon black concentration of 0.05%, 0.1% or 0.15% are used as absorbent part. Transmittances of the 8 parts at 980nm(wavelength of laser device) are obtained in transmittance test which are all available in LTW.Then, LTW of PC and PP are carried out according to Orthogonal Experimental Design. Destructive tensile test and microscope snapshot are done after LTW, from which tensile strength and weld line photos are obtained. Through analysis we found out that for both PC and PP laser power(P) influences LTW most, followed by weld speed(v) and carbon black concentration(CB%). The best welding parameters for PC are listed as follows: Laser power(P) is 40W, weld speed(v) is 40mm/s and carbon black concentration is 0.15%.The best welding parameters for PP are 50W(P), 15mm/s(v) and 0.15%(CB%).At last, ANSYS software is used to simulate the temperature distribution in LTW process of PC. Simulations with parameters of 40W(P) and 40mm/s(v) as well as 20W(P) and 50mm/s(v) are calculated respectively which are corresponding to No.23 and No.4 of PC LTW. The results of simulations match well with the real experiments.【关键词】激光透射焊接 热塑性塑料 温度场分布 仿真【英文关键词】Laser transmission welding Thermoplastic Temperature distribution Simulation【备注】索购全文在线加好友:1.3.9.9.3.8848 同时提供论文写作一对一指导和论文发表委托服务【目录】热塑性塑料激光透射焊接的实验研究和温度场模拟摘要4-5Abstract5-6第一章 绪论11-251.1 引言11-121.2 热塑性塑料激光透射焊接国内外研究现状12-221.2.1 国外理论研究及产业化情况12-201.2.1.1 国外理论研究12-171.2.1.2 国外产业化情况17-201.2.2 国内理论研究及产业化情况20-221.2.2.1 国内理论研究20-211.2.2.2 国内产业化情况21-221.3 塑料激光透射焊接研究的意义221.3.1 缩小国内外技术差距221.3.2 塑料激光透射焊接应用前景广阔221.4 本课题研究的主要内容和方法22-241.5 本章小结24-25第二章 激光透射焊接原理及工艺25-302.1 激光透射焊接原理252.2 常用的激光透射焊接方法25-282.2.1 轮廓焊接25-262.2.2 同步焊接262.2.3 准同步焊接26-272.2.4 掩膜焊接272.2.5 衍射焊接272.2.6 复合光焊接27-282.2.7 Globo 焊接282.3 焊接形式28-292.4 本实验所用焊接方法和形式292.5 本章小结29-30第三章 注塑及显微观测实验30-403.1 焊接试件的制备30-343.1.1 实验材料介绍30-313.1.1.1 PC 介绍30-313.1.1.2 PP 介绍313.1.2 注塑31-343.1.2.1 PC 试件的注塑32-333.1.2.2 PP 试件的注塑33-343.2 试件透光率实验34-393.2.1 朗伯-比尔定律34-353.2.2 试件的透光率实验35-393.3 本章小结39-40第四章 激光透射焊接及测试40-544.1 激光透射焊接实验40-474.1.1 焊接激光器40-434.1.1.1 常用焊接激光器介绍40-414.1.1.2 实验用焊接激光器41-434.1.2 焊接材料及吸收剂43-454.1.2.1 常用激光透射焊接塑料介绍43-444.1.2.2 实验材料444.1.2.3 实验吸收剂44-454.1.3 夹具设计45-464.1.3.1 夹紧力对激光透射焊接的影响45-464.1.3.2 实验所用夹具464.1.4 影响焊接的因素46-474.1.4.1 影响塑料激光焊接的常见因素46-474.1.4.2 本实验研究的影响因素474.2 PC 及PP 材料激光透射焊接实验设计47-524.2.1 正交实验法和拟水平法介绍47-484.2.2 正交试验法的数据处理及优点48-494.2.3 实验正交试验设计49-524.2.3.1 PC 试件激光透射焊接实验设计49-514.2.3.2 PP 试件激光透射焊接实验设计51-524.3 焊件测试52-534.4 本章小结53-54第五章 焊接实验结果与分析54-705.1 PC 焊接件实验结果及分析54-625.1.1 PC 焊接件的拉伸结果及分析54-565.1.2 PC 焊件焊缝分析56-625.1.2.1 PC 焊件焊缝宽度565.1.2.2 线能量对PC 焊接的影响56-585.1.2.3 PC 焊件焊缝宏观形貌观察与分析58-605.1.2.4 PC 最佳焊接实验60-615.1.2.5 吸收材料含碳量对PC 焊接的影响61-625.2 PP 焊接件实验结果及分析62-685.2.1 PP 焊接件的拉伸结果及分析62-635.2.2 PP 焊件焊缝分析63-685.2.2.1 PP 焊件焊缝宽度63-645.2.2.2 线能量对PP 焊接的影响64-655.2.2.3 PP 焊件焊缝宏观形貌观察与分析65-665.2.2.4 PP 最佳焊接实验66-675.2.2.5 吸收材料含碳量对PP 焊接的影响67-685.3 本章小结68-70第六章 PC 试件焊接过程的温度场模拟70-766.1 PC 试件焊接过程仿真建模及求解70-716.2 PC 试件焊接过程温度场的分布71-746.2.1 最佳
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