基于搭接表面接觸狀態(tài)的激光透射焊接PC工藝研究與數(shù)值模擬

發(fā)布時(shí)間：2020-10-25 04:41

　　激光透射焊接技術(shù)作為一種新興的、先進(jìn)的熱塑性聚合物的連接技術(shù),由于環(huán)保、精密度高、熱影響區(qū)小及焊接質(zhì)量好等特點(diǎn),逐漸成為熱塑性聚合物最具潛力的連接方法之一。激光透射熱塑性塑料焊接過程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)不均勻溫度場(chǎng)形成與發(fā)展、機(jī)械力持續(xù)作用等方面相互耦合作用的復(fù)雜過程,基于理想接觸狀態(tài)的理論研究已不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求,需要考慮搭接面的接觸狀態(tài)。因此,針對(duì)搭接面接觸狀態(tài)對(duì)焊接質(zhì)量影響的研究,對(duì)于進(jìn)一步明晰焊接過程中搭接面處熱量傳遞機(jī)理以及焊縫的形成具有重要的理論價(jià)值。本文以聚碳酸酯(PC)為研究對(duì)象,建立焊接工藝參數(shù)與焊接質(zhì)量之間的數(shù)學(xué)模型,對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;基于焊接時(shí)搭接面接觸狀態(tài)的變化,建立搭接面熱傳遞模型,分析不同接觸狀態(tài)對(duì)熱傳遞的影響;建立擠壓熔融模型,探究搭接面間的空隙對(duì)焊接質(zhì)量的影響;構(gòu)建基于搭接面接觸狀態(tài)及空隙的有限元模型,探究焊接工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)、焊接質(zhì)量的影響機(jī)理。詳細(xì)研究?jī)?nèi)容如下:首先,討論激光在PC材料中傳遞和熱能在PC材料中傳遞的基礎(chǔ)理論,闡述激光透射連接的連接機(jī)理,并介紹實(shí)驗(yàn)材料的制備過程,得到符合激光透射焊接的PC板件,并對(duì)試件的透射率、反射率、密度、比熱等物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。其次,進(jìn)行激光透射焊接PC的工藝焊接實(shí)驗(yàn)。在考慮搭接面接觸的基礎(chǔ)上,討論了激光功率、焊接速度和橋接間隙對(duì)焊接質(zhì)量的影響�；陧憫�(yīng)曲面法建立焊縫寬度與拉伸強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型,探究激光功率、焊接速度以及橋接間隙對(duì)焊接質(zhì)量的交互式影響,并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,確定最優(yōu)參數(shù)組合,從而有效提高焊接質(zhì)量和效率。再次,根據(jù)焊接過程中搭接面接觸狀態(tài)從固-固接觸逐漸轉(zhuǎn)化為固-液接觸,最后完全轉(zhuǎn)化為液-液接觸的變化過程,分析不同狀態(tài)對(duì)搭接面處熱傳導(dǎo)影響,建立更符合實(shí)際焊接的搭接面熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型,并在COMSOL軟件建立考慮搭接表面接觸狀態(tài)的焊接有限元模型,獲得基于接觸狀態(tài)分析的焊接溫度場(chǎng)。分析焊接溫度場(chǎng)隨激光功率和焊接速度變化規(guī)律,并對(duì)比不考慮接觸狀態(tài)下的溫度分布,模擬結(jié)果與實(shí)際焊接數(shù)據(jù)相吻合,驗(yàn)證搭接面接觸狀態(tài)傳熱模型可靠性。最后,基于搭接面接觸狀態(tài)熱傳導(dǎo)模型,分析間隙條件下吸收層材料的熱變形及吸收層向透射層傳熱過程,建立存在間隙下的擠壓熔融模型。在簡(jiǎn)化的擠壓熔融模型的基礎(chǔ)上,分析不同焊接參數(shù)下的最大焊接間隙及焊接過程中的最高溫度,進(jìn)一步確定焊接參數(shù)范圍。借助建立的擠壓熔融模型,在COMSOL軟件中建立橋接間隙下的有限元分析模型,獲得間隙條件下的溫度場(chǎng)分布。分析搭接間隙對(duì)焊接溫度、焊縫寬度及焊接質(zhì)量,優(yōu)化焊接參數(shù),減少焊接試驗(yàn)次數(shù),提高焊接質(zhì)量。本文建立的激光透射焊接熱塑性聚合物搭接面熱傳遞模型和擠壓熔融模型能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬提供重要理論支持,同時(shí)對(duì)激光透射焊接技術(shù)的推廣具有重要意義。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG456.7
【部分圖文】：