發(fā)布時(shí)間：2017-05-24 18:12

  本文關(guān)鍵詞：POM在激光透射焊接中的熱降解行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：激光透射焊接技術(shù)在聚合物連接工藝中應(yīng)用廣泛。在激光透射焊接中,材料的熱降解對(duì)焊接強(qiáng)度有很大的影響。當(dāng)溫度過高時(shí),由于材料熱降解的發(fā)生導(dǎo)致材料焊接強(qiáng)度下降。因此,對(duì)材料在焊接過程中的熱降解的研究有著重要的理論意義和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用價(jià)值,并為焊接工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。本文選擇工程中應(yīng)用最為廣泛的POM作為實(shí)驗(yàn)材料,對(duì)本色POM和含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%碳黑(CB)的黑色POM進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)研究,建立了POM在激光透射焊接過程中基于體熱源的熱分析模型和POM的熱解動(dòng)力學(xué)模型,將以上兩個(gè)模型結(jié)合對(duì)POM在激光透射焊接過程中的熱降解行為進(jìn)行研究。首先,采用半導(dǎo)體激光器對(duì)本色POM和黑色POM進(jìn)行激光透射焊接實(shí)驗(yàn)研究,在掃描速度、夾緊力固定的條件下,探討了激光功率對(duì)焊縫寬度和焊接強(qiáng)度的影響;通過超景深顯微鏡對(duì)拉斷后的焊縫組織形貌進(jìn)行分析,對(duì)POM在焊接過程中的焊接缺陷和拉伸剪切失效形式進(jìn)行研究。結(jié)果表明,隨著激光功率的增大,焊縫寬度呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),而焊接強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì),為后文不同功率條件下POM的熱降解量與焊接強(qiáng)度的對(duì)比奠定基礎(chǔ)。其次,分別采用功率計(jì)和紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)對(duì)本色POM的透射率和黑色POM的反射率進(jìn)行測(cè)試,并運(yùn)用該光學(xué)屬性數(shù)據(jù)構(gòu)建體熱源模型。運(yùn)用ANSYS軟件,采用APDL語言實(shí)現(xiàn)體熱源的移動(dòng)加載,建立POM在激光透射焊接過程中基于體熱源的熱分析模型,對(duì)POM在激光透射焊接過程中的溫度場(chǎng)變化進(jìn)行模擬。結(jié)果表明,在不同激光功率下焊縫寬度的模擬值與實(shí)驗(yàn)值變化趨勢(shì)基本吻合,證明了該熱分析模型的可靠性與準(zhǔn)確性;該模型能夠預(yù)測(cè)最高溫度點(diǎn)的溫度-時(shí)間關(guān)系函數(shù),為后文的熱降解研究奠定了基礎(chǔ)。最后,分別運(yùn)用差示掃描量熱儀和熱失重分析儀對(duì)本色POM和黑色POM做DSC實(shí)驗(yàn)和TGA實(shí)驗(yàn),探究碳黑對(duì)POM的熱學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的影響,研究發(fā)現(xiàn)碳黑對(duì)POM的熱學(xué)性能和熱穩(wěn)定性影響不大。以黑色POM為對(duì)象,用MATLAB軟件,采用n階模型,運(yùn)用Freeman-Carroll法對(duì)升溫速率為10K/min的TGA數(shù)據(jù)進(jìn)行求解,得出POM的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù),建立POM的熱解動(dòng)力學(xué)模型,該模型能夠很好的預(yù)測(cè)POM的轉(zhuǎn)化率。將熱分析模型中的最高溫度點(diǎn)的溫度-時(shí)間關(guān)系函數(shù)與POM的熱解動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合,對(duì)POM熱降解進(jìn)行研究。研究表明,POM開始降解的預(yù)測(cè)功率與POM焊接強(qiáng)度開始下降的功率近乎一致,本文所建立的模型能夠預(yù)測(cè)POM在激光透射焊接過程中的熱降解,為激光透射焊接過程中工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供參考。
【關(guān)鍵詞】：激光透射焊接 POM 熱降解 溫度場(chǎng) 溫度-時(shí)間關(guān)系函數(shù) 熱解動(dòng)力學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11-13
• 1.2 激光透射焊接基本原理13-15
• 1.3 激光透射焊接國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-23
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 本課題的提出23-24
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容和方法24-25
• 1.6 課題來源25-26
• 第二章 POM激光透射焊接實(shí)驗(yàn)研究26-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)焊接系統(tǒng)26-27
• 2.1.1 半導(dǎo)體激光器26-27
• 2.1.2 焊接夾緊裝置27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料27-30
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇27-28
• 2.2.2 焊接試樣的制備與處理28-30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法30-33
• 2.3.1 拉伸測(cè)試31-32
• 2.3.2 焊接接頭形貌32-33
• 2.4 POM激光透射焊接實(shí)驗(yàn)33-35
• 2.4.1 POM焊接實(shí)驗(yàn)33-34
• 2.4.2 激光功率對(duì)焊接質(zhì)量的影響34-35
• 2.5 POM激光透射焊接缺陷和斷口組織形貌分析35-40
• 2.5.1 POM激光透射焊接缺陷分析35-38
• 2.5.2 POM激光透射焊接斷口組織形貌分析38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 POM激光透射焊接溫度場(chǎng)變化及溫度-時(shí)間關(guān)系函數(shù)41-60
• 3.1 激光透射焊接溫度場(chǎng)模擬理論基礎(chǔ)41-45
• 3.1.1 有限元分析法簡(jiǎn)介41-42
• 3.1.2 激光透射焊接熱傳遞方式42-43
• 3.1.3 激光透射焊接熱傳導(dǎo)方程43-44
• 3.1.4 激光透射焊接溫度場(chǎng)有限元求解方法44-45
• 3.2 激光透射焊接溫度場(chǎng)模擬過程45-54
• 3.2.1 前處理46-51
• 3.2.2 加載計(jì)算51-54
• 3.2.3 后處理54
• 3.3 激光透射焊接溫度場(chǎng)模擬結(jié)果與討論54-59
• 3.3.1 數(shù)值模擬的焊縫寬度與實(shí)驗(yàn)焊縫寬度對(duì)比54-55
• 3.3.2 數(shù)值模擬溫度場(chǎng)分布及變化規(guī)律55-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第四章 POM熱降解研究60-78
• 4.1 聚合物的熱解動(dòng)力學(xué)概述60-61
• 4.2 POM熱學(xué)性能與熱穩(wěn)定性61-66
• 4.2.1 差示掃描熱量分析61-64
• 4.2.2 熱失重分析64-66
• 4.3 POM熱解動(dòng)力學(xué)分析66-73
• 4.3.1 POM熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解68-70
• 4.3.2 POM熱解動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證70-73
• 4.4 POM熱降解數(shù)值模擬73-76
• 4.4.1 熱降解數(shù)值模擬理論73-74
• 4.4.2 POM熱降解數(shù)值模擬結(jié)果與討論74-76
• 4.5 本章小結(jié)76-78
• 第五章 總結(jié)與展望78-81
• 5.1 研究工作總結(jié)78-79
• 5.2 展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果88-89
• 致謝89

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