塑料激光焊接技术

前言 第1章 绪论 1 1.1 塑料激光焊接技术的应用 1 1.2 塑料激光焊接技术发展现状及趋势 3 1.2.1 塑料激光焊接技术发展现状 3 1.2.2 塑料激光焊接技术发展趋势 6 1.3 塑料激光焊接技术分类 7 1.3.1 轮廓焊接 7 1.3.2 同步焊接 8 1.3.3 准同步焊接 9 1.3.4 掩膜焊接 9 1.3.5 放射状焊接 9 1.3.6 球形焊接 10 1.3.7 衍射焊接 11 1.3.8 辐射焊接 11 1.3.9 复合光焊接 11 1.4 激光透射焊接原理及关键参数 12 1.4.1 焊接原理 12 1.4.2 关键参数 14 第2章 激光透射焊接装备及系统 15 2.1 激光的物理特性 15 2.1.1 激光产生的基本原理 15 2.1.2 激光技术的特点 15 2.1.3 激光光束的特性 16 2.2 激光器种类 16 2.2.1 Nd:YAG激光器 17 2.2.2 半导体激光器 18 2.2.3 光纤激光器 19 2.2.4 CO2激光器 20 2.3 塑料激光焊接装备及系统组成 21 2.3.1 塑料激光焊接装备发展现状 21 2.3.2 塑料激光焊接系统的组成 25 2.3.3 典型塑料激光焊接装备 28 第3章 塑料的物理性质及可焊性 32 3.1 塑料的分类 32 3.1.1 根据应用领域分类 32 3.1.2 根据受热性质分类 38 3.1.3 根据凝聚态结构分类 39 3.1.4 根据透光性分类 39 3.2 塑料的物理性能及表征 40 3.2.1 密度 40 3.2.2 光学性质 40 3.2.3 力学性能 42 3.2.4 热性能 44 3.2.5 流动能力 49 3.3 塑料与激光的相互作用 51 3.3.1 面加热 51 3.3.2 体加热 52 3.3.3 激光作用下材料的物态变化 53 3.4 塑料的可焊性分析及常用添加剂 57 3.4.1 塑料的可焊性分析 57 3.4.2 添加剂的种类 59 3.4.3 添加剂的加入方式 65 3.5 塑料与塑料焊接的应用实例 66 3.5.1 添加炭黑焊接PMMA 66 3.5.2 添加玻璃纤维和炭黑焊接PBT 68 3.5.3 添加金属颗粒焊接PC和PASF 70 3.6 塑料与其他材料焊接及应用实例 77 3.6.1 塑料与金属焊接 77 3.6.2 塑料与陶瓷/玻璃焊接 80 3.6.3 塑料与木材焊接 83 第4章 焊接工艺参数对焊接性能的影响 85 4.1 激光功率对焊接性能的影响 85 4.1.1 影响机理分析 85 4.1.2 对力学性能的影响 86 4.1.3 对焊缝宏观形貌的影响 88 4.1.4 对焊缝微观形貌的影响 90 4.1.5 对残余应力的影响 92 4.2 扫描速度对焊接性能的影响 95 4.2.1 影响机理分析 95 4.2.2 对力学性能的影响 96 4.2.3 对焊缝宏观形貌的影响 98 4.2.4 对焊缝微观形貌的影响 99 4.2.5 对残余应力的影响 101 4.3 光束整形对焊接性能的影响 102 4.3.1 影响机理分析 102 4.3.2 对力学性能的影响 103 4.3.3 对焊缝宏观形貌的影响 103 4.3.4 对焊缝微观形貌的影响 104 4.4 夹紧力对焊接性能的影响 105 4.4.1 影响机理分析 105 4.4.2 对力学性能的影响 105 4.5 选择*优工艺参数的试验 106 4.5.1 响应*面法 106 4.5.2 基于CCD的响应*面试验 108 4.5.3 基于Box-Behnken设计的响应*面试验 115 第5章 样品厚度和表面质量对焊接性能的影响 123 5.1 样品厚度对焊接性能的影响 123 5.1.1 样本厚度对激光透过率的影响 123 5.1.2 样品厚度对激光散射率的影响 124 5.1.3 样品厚度对焊接件质量的影响 125 5.2 表面粗糙度对激光吸收和传热的影响 127 5.2.1 表面粗糙度对焊接过程中热量吸收的影响 127 5.2.2 表面粗糙度对焊接过程中热量传递的影响 128 5.2.3 表面粗糙度的表征 130 5.2.4 表面粗糙度对焊接断面的影响 132 5.2.5 表面粗糙度对焊接质量的影响 133 第6章 焊接过程模拟仿真及监控技术 135 6.1 焊接过程模拟仿真概述 135 6.1.1 研究重点及解决方案 135 6.1.2 控制方程 136 6.1.3 边界条件 137 6.1.4 数值计算流程 138 6.2 焊接过程中的温度场仿真 139 6.2.1 热源模型 139 6.2.2 以铜膜为吸收剂焊接PC过程中的温度场仿真 141 6.2.3 以炭黑为吸收剂焊接PMMA过程中的温度场仿真 146 6.2.4 以金属粉末为吸收剂焊接塑料过程中的温度场仿真 154 6.2.5 考虑接触热阻的热量传递机制 165 6.2.6 PA66和5182铝合金焊接过程中的温度场仿真 169 6.3 热降解行为分析 178 6.3.1 PMMA热学性能与热稳定性 178 6.3.2 PMMA热降解动力学 184 6.3.3 工艺参数与热降解行为的函数关系 191 6.4 热流耦合分析 193 6.4.1 焊接熔池流体流动规律与基本假设 193 6.4.2 以炭黑为吸收剂的焊接流场分布 195 6.4.3 以锌粉为吸收剂的焊接流场分布 195 6.4.4 以铜膜为吸收剂的焊接流场分布 196 6.5 热力耦合分析 197 6.5.1 热弹性力学 197 6.5.2 热黏弹性本构方程 198 6.5.3 热应力变化规律 200 6.5.4 残余应力分布规律 201 6.5.5 焊接工艺参数对残余应力的影响 202 6.6 焊接过程的监控 206 6.6.1 红外热成像 206 6.6.2 高温计 207 6.6.3 光学相干层析成像 207 6.6.4 可见光成像 208 6.6.5 红外成像 209 6.6.6 光谱分析 209 参考文献 211