【摘要】：激光透射焊接具有焊速高、熱影響區(qū)小、無(wú)殘?jiān)�、焊縫變形小等優(yōu)點(diǎn),已成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展必不可少的加工方法。熱塑性塑料的激光透射焊接過(guò)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)作用和塑料形成流動(dòng)等方面相互耦合共同作用的復(fù)雜過(guò)程,基于理想接觸表面的理論研究和單一物理場(chǎng)的分析研究已不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。因此,需要考慮真實(shí)粗糙表面與多個(gè)物理場(chǎng)耦合的影響,對(duì)進(jìn)一步探明激光焊接過(guò)程中能量傳輸與轉(zhuǎn)換、焊縫的形成具有理論意義,對(duì)汽車(chē)工業(yè)、航天及生物醫(yī)藥裝備制造等行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。本文以聚碳酸酯(PC)為研究對(duì)象,基于焊接試件三維粗糙表面模型,建立熱傳遞數(shù)學(xué)模型,解析三維粗糙表面形貌引起的接觸面間空隙對(duì)熱傳遞的影響規(guī)律;構(gòu)建基于粗糙表面的三維有限元模型,探討焊接工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及兩場(chǎng)耦合場(chǎng)的影響機(jī)理;建立激光透射焊接工藝參數(shù)與焊接質(zhì)量之間的數(shù)學(xué)模型,對(duì)激光透射焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。研究?jī)?nèi)容如下:首先,研究激光透射焊接過(guò)程中激光光束與焊接試件的相互作用,測(cè)量了PC透光試件與吸收試件的透射率、反射率和吸收率,研究吸光試件不同粗糙表面對(duì)反射率和吸收率的影響。其次,采用三維表面重構(gòu)對(duì)焊接試件三維粗糙接觸表面進(jìn)行建模,確定分形為三維表面重構(gòu)的方法,測(cè)定焊接試件粗糙表面輪廓,確定其分形維數(shù)與尺度系數(shù)等參數(shù),利用各項(xiàng)異性三維W-M函數(shù)確定接觸面的幾何模型以及數(shù)值計(jì)算模型,通過(guò)三維軟件建立實(shí)體模型。再次,采用響應(yīng)曲面法作為焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果的分析方法,建立焊接工藝參數(shù)與接觸熱導(dǎo)率之間的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定激光功率、焊接速度與夾緊力的范圍。采用焊接實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)焊縫寬度,通過(guò)仿真模擬確定接觸熱導(dǎo)率�；陧憫�(yīng)曲面法建立了接觸熱導(dǎo)率的數(shù)學(xué)模型,得到描述接觸熱導(dǎo)率和焊接工藝參數(shù)的二次多項(xiàng)式方程。通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。采用響應(yīng)曲面法作為焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化方法,建立三因素五水平試驗(yàn)方案,以激光功率、焊接速度、夾緊力為自變量,焊縫處的焊接強(qiáng)度與焊縫寬度為因變量,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。最后,采用ANSYS對(duì)激光透射焊接PC過(guò)程中進(jìn)行溫度場(chǎng)與流場(chǎng)模擬�？紤]了PC透光件的光學(xué)屬性對(duì)激光特性的影響,測(cè)量吸收件表面的激光功率和光斑直徑,根據(jù)吸收試件與激光的相互作用建立吸收試件的體熱源模型。根據(jù)接觸熱導(dǎo)率模型確定不同焊接工藝參數(shù)下的接觸熱導(dǎo)率。對(duì)激光透射連接PC的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析,確定焊接工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的影響規(guī)律。本文的研究成果為明晰激光焊接過(guò)程中不同工藝參數(shù)的共性機(jī)理研究提供了有益幫助,對(duì)研究與發(fā)展精確、高效、低成本的激光透射焊接工藝和裝備具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值,同時(shí)也為聚碳酸酯在工業(yè)中的普遍應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG456.7
【圖文】：

圖 1.1 激光透射焊接應(yīng)用透射焊接基本原理射焊接過(guò)程主要是使激光（波長(zhǎng)一般為 800-1050nm）通過(guò)透上，通過(guò)在吸光試件中添加一定量的吸光劑或在吸光件表面設(shè)

激光透射焊接原理

(a) (b)圖 1.3 激光焊接主要連接形式：(a) T 型連接；(b) 搭接連接想接觸的激光透射焊接國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀究學(xué)者對(duì)熱塑性塑料的激光透射焊接進(jìn)行了深入的研究，

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2754163