基于锌粉吸收剂的激光透射焊接聚芳砜研究
发布时间：2022-01-27 22:46
激光透射焊接技术凭借其高焊接质量、高加工效率、清洁焊缝形貌、较小热应力等优点,被许多领域所广泛应用。根据不同工业应用情况要求,对于可选择的聚合物种类需要进一步的扩展。同时,在激光透射焊接中所必须的吸收剂在实际生产中能够达到要求却难以大规模应用,因此需要深入探索。本文以耐高温聚合物聚芳砜（PASF）为研究对象,提出在吸收层聚芳砜表面开槽并填充锌粉吸收剂的焊接方法,探究锌粉吸收剂对激光透射焊接聚芳砜焊接质量的影响规律;通过对照焊接实验,分析选用锌粉吸收剂时焊接质量变化规律和焊接接头连接机理;建立不同焊接工艺参数与焊接强度及焊缝宽度之间的数学分析模型,并针对不同优化目标进行工艺参数的优化;构建基于锌粉吸收剂的三维瞬态有限元模型,并进行温度场和流场的数值模拟。研究内容如下:首先,探究激光透射焊接过程中激光与聚合物的相互作用,以及激光能量在聚合物中转变为热能并进行传导的过程;建立无单独吸收剂层情况下沿熔池深度方向的温度预测模型,并进一步扩展为考虑存在锌粉吸收剂情况的温度预测模型;研究熔池内金属粉末颗粒与激光光束的相互作用过程,构建快速熔化凝固模型。其次,选用锌粉吸收剂和炭黑吸收剂两种方法进行对照...
【文章来源】：苏州大学江苏省211工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２激光透射焊接原理图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ??
第一章绪论?基于锌粉吸收剂的激光透射焊接聚芳砜研宄??节能绿色的新型焊接技术广泛应用于军工、汽车、电子封装、医疗机械等不同领域，??如图１．１所示。??⑴汽午琢灯?（２＞蝶形传感器?（Ｍ气动阀门?（４）耳机听筒苯件?（５＞化妆品涂认棒?…微流体拧制盒??图１．１激光透射焊接的应用领域??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ａｒｅａｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ??１．２激光透射焊接的基本原理??在激光透射焊接（ＬＴＷ，Ｌａｓｅｒ?Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｗｅｌｄｉｎｇ）中，入射激光光束穿过上层透??射层到达下层吸收层，通过在下层吸收层中添加吸收剂或在交界面设置吸收剂，从而??吸收激光能量转换为热能，并以热传导方式向交界面两侧传递扩散，使得上下两层的??聚合物达到自身玻璃化转变温度，发生局部熔融流动，在夹紧力和热膨胀的共同作用??下上下两层聚合物分子链相互缠绕并形成熔化连接，冷却凝固后在焊接界面形成焊缝，??达到焊接效果ｔ２２Ｉ。激光透射焊接原理图如图１．２所示。??ｌ．ａＭ＇ｆ?ｈｅａｍ??１?丨ｒｔ＊ｓ?＊＊ｕ?ｒｅ?■?＊??ｊｎ??图１．２激光透射焊接原理图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ??１．３激光透射焊接的国内外研究现状??国内外专家学者对激光透射焊接技术已经展开了广泛而深入的研宄，主要研宄领??域集中在焊接机理研宄、实验及工艺研究、数值模拟研究、吸收剂材料等方面。??２??
观组织演化等等。本章主要分??析激光透射焊接聚合物过程中聚合物与激光之间的相互作用机制，阐明激光透射焊接??聚合物的过程框架，根据激光透射焊接聚合物不同情况构建沿熔池深度方向的温度预??测模型，同时探究熔池范围内金属粉末颗粒和激光的相互作用。??２．１聚合物与激光的相互作用??激光透射焊接过程中激光光束首先需要透射过上层透射层聚合物，被中间层吸收??剂或下层吸收层聚合物所吸收，从而使得激光能量转换为热量，达到焊接的效果ｆ８８１。??因此，聚合物与激光的相互作用需要重点考虑。??如图２．１所示，当激光光束射向聚合物上表面时，部分入射光被反射，部分被吸??收，剩下部分透射过材料［８９：＞。由于本实验采用的聚合物聚芳砜是非结晶聚合物，激光??光束透过聚合物过程中不会发生散射现象。???＾。＿?｜?Ｐｐ??图２．１光在聚合物内部的传输示意图??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｉｎ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ??若假设入射到聚合物表面的激光总功率为八＞，其中＆部分被反射，＆部分被吸??收，其余的部分Ａ透射过了聚合物。因此，根据能量守恒定律［９Ｑｉ：??＋?（２．１）??或??Ｐａ／Ｐ〇＋Ｐ＾Ｐ〇＋Ｐｒ／Ｐ〇＝ｌ?（２．２）??式中：Ｐ？ＡＰ〇是聚合物的吸收率，Ｐｙ９／Ｐ（）是聚合物的反射率，Ｐｙ／Ｐ（）是聚合物的透射率。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于铝粉吸收剂的聚碳酸酯激光透射焊接研究[J]. 颜廷培,王传洋,王呈栋,钟红强. 应用激光. 2019(05)
[2]基于铝膜吸收层的激光透射焊接聚碳酸酯研究[J]. 钟红强,王传洋,王呈栋,颜廷培. 应用激光. 2019(04)
[3]Effects of Metal Absorber Thermal Conductivity on Clear Plastic Laser Transmission Welding[J]. 刘敏秋,欧阳德钦,李春波,孙慧斌,阮双琛. Chinese Physics Letters. 2018(10)
[4]基于接触热阻的聚碳酸酯激光透射焊接温度场分析[J]. 郝云,王传洋,刘海华,姜宁. 应用激光. 2018(01)
[5]激光透射焊接聚碳酸酯工艺参数对接触热导率的影响[J]. 刘海华,姜宁,郝云,王传洋. 中国激光. 2017(12)
[6]基于中心复合设计的热喷涂层接触疲劳寿命预测研究[J]. 马润波,董丽虹,王海斗,邢志国. 兵工学报. 2017(03)
[7]傅里叶热传导方程和牛顿冷却定律在流体热学研究中的数学模型应用[J]. 李昂,王岳,陶然. 工业技术创新. 2016(03)
[8]激光透射焊接件拉伸过程应力分布和失效行为[J]. 刘伟,刘会霞,孟冬冬,郭德晖,刘保光,仲雪娇,王霄. 中国激光. 2016(06)
[9]基于有限元法的聚碳酸酯激光焊接性能研究[J]. 钟欢欢,SINGARE Sekou,陈盛贵. 激光技术. 2015(02)
[10]数值模拟驱动的激光透射焊接PET与304L不锈钢的优化研究[J]. 陈浩,王霄,刘会霞,李品,黄创,赵振关,严长. 中国激光. 2014(04)
硕士论文
[1]基于粗糙表面的激光透射焊接PC热传递与数值模拟[D]. 刘海华.苏州大学 2018
[2]基于搭接表面接触状态的激光透射焊接PC工艺研究与数值模拟[D]. 郝云.苏州大学 2018
[3]添加中间层的PMMA与PBT激光透射焊接实验研究与数值模拟[D]. 仲雪娇.江苏大学 2017
[4]聚丙烯腈/聚芳砜酰胺共混阻燃纤维的研制[D]. 刘馨洋.东华大学 2016
[5]不相容聚合物激光透射连接机理、工艺与数值模拟研究[D]. 陈国纯.江苏大学 2016
[6]POM在激光透射焊接中的热降解行为研究[D]. 郭德晖.江苏大学 2016
[7]新型含咔唑-三芳胺结构聚芳砜材料的合成及性能研究[D]. 李玉磊.吉林大学 2015
[8]PMMA/ABS热塑性塑料激光透射焊接机理和工艺的研究[D]. 李姣.上海交通大学 2008
本文编号：3613217
【文章来源】：苏州大学江苏省211工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２激光透射焊接原理图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ??
第一章绪论?基于锌粉吸收剂的激光透射焊接聚芳砜研宄??节能绿色的新型焊接技术广泛应用于军工、汽车、电子封装、医疗机械等不同领域，??如图１．１所示。??⑴汽午琢灯?（２＞蝶形传感器?（Ｍ气动阀门?（４）耳机听筒苯件?（５＞化妆品涂认棒?…微流体拧制盒??图１．１激光透射焊接的应用领域??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ａｒｅａｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ??１．２激光透射焊接的基本原理??在激光透射焊接（ＬＴＷ，Ｌａｓｅｒ?Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｗｅｌｄｉｎｇ）中，入射激光光束穿过上层透??射层到达下层吸收层，通过在下层吸收层中添加吸收剂或在交界面设置吸收剂，从而??吸收激光能量转换为热能，并以热传导方式向交界面两侧传递扩散，使得上下两层的??聚合物达到自身玻璃化转变温度，发生局部熔融流动，在夹紧力和热膨胀的共同作用??下上下两层聚合物分子链相互缠绕并形成熔化连接，冷却凝固后在焊接界面形成焊缝，??达到焊接效果ｔ２２Ｉ。激光透射焊接原理图如图１．２所示。??ｌ．ａＭ＇ｆ?ｈｅａｍ??１?丨ｒｔ＊ｓ?＊＊ｕ?ｒｅ?■?＊??ｊｎ??图１．２激光透射焊接原理图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ??１．３激光透射焊接的国内外研究现状??国内外专家学者对激光透射焊接技术已经展开了广泛而深入的研宄，主要研宄领??域集中在焊接机理研宄、实验及工艺研究、数值模拟研究、吸收剂材料等方面。??２??
观组织演化等等。本章主要分??析激光透射焊接聚合物过程中聚合物与激光之间的相互作用机制，阐明激光透射焊接??聚合物的过程框架，根据激光透射焊接聚合物不同情况构建沿熔池深度方向的温度预??测模型，同时探究熔池范围内金属粉末颗粒和激光的相互作用。??２．１聚合物与激光的相互作用??激光透射焊接过程中激光光束首先需要透射过上层透射层聚合物，被中间层吸收??剂或下层吸收层聚合物所吸收，从而使得激光能量转换为热量，达到焊接的效果ｆ８８１。??因此，聚合物与激光的相互作用需要重点考虑。??如图２．１所示，当激光光束射向聚合物上表面时，部分入射光被反射，部分被吸??收，剩下部分透射过材料［８９：＞。由于本实验采用的聚合物聚芳砜是非结晶聚合物，激光??光束透过聚合物过程中不会发生散射现象。???＾。＿?｜?Ｐｐ??图２．１光在聚合物内部的传输示意图??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｉｎ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ??若假设入射到聚合物表面的激光总功率为八＞，其中＆部分被反射，＆部分被吸??收，其余的部分Ａ透射过了聚合物。因此，根据能量守恒定律［９Ｑｉ：??＋?（２．１）??或??Ｐａ／Ｐ〇＋Ｐ＾Ｐ〇＋Ｐｒ／Ｐ〇＝ｌ?（２．２）??式中：Ｐ？ＡＰ〇是聚合物的吸收率，Ｐｙ９／Ｐ（）是聚合物的反射率，Ｐｙ／Ｐ（）是聚合物的透射率。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于铝粉吸收剂的聚碳酸酯激光透射焊接研究[J]. 颜廷培,王传洋,王呈栋,钟红强. 应用激光. 2019(05)
[2]基于铝膜吸收层的激光透射焊接聚碳酸酯研究[J]. 钟红强,王传洋,王呈栋,颜廷培. 应用激光. 2019(04)
[3]Effects of Metal Absorber Thermal Conductivity on Clear Plastic Laser Transmission Welding[J]. 刘敏秋,欧阳德钦,李春波,孙慧斌,阮双琛. Chinese Physics Letters. 2018(10)
[4]基于接触热阻的聚碳酸酯激光透射焊接温度场分析[J]. 郝云,王传洋,刘海华,姜宁. 应用激光. 2018(01)
[5]激光透射焊接聚碳酸酯工艺参数对接触热导率的影响[J]. 刘海华,姜宁,郝云,王传洋. 中国激光. 2017(12)
[6]基于中心复合设计的热喷涂层接触疲劳寿命预测研究[J]. 马润波,董丽虹,王海斗,邢志国. 兵工学报. 2017(03)
[7]傅里叶热传导方程和牛顿冷却定律在流体热学研究中的数学模型应用[J]. 李昂,王岳,陶然. 工业技术创新. 2016(03)
[8]激光透射焊接件拉伸过程应力分布和失效行为[J]. 刘伟,刘会霞,孟冬冬,郭德晖,刘保光,仲雪娇,王霄. 中国激光. 2016(06)
[9]基于有限元法的聚碳酸酯激光焊接性能研究[J]. 钟欢欢,SINGARE Sekou,陈盛贵. 激光技术. 2015(02)
[10]数值模拟驱动的激光透射焊接PET与304L不锈钢的优化研究[J]. 陈浩,王霄,刘会霞,李品,黄创,赵振关,严长. 中国激光. 2014(04)
硕士论文
[1]基于粗糙表面的激光透射焊接PC热传递与数值模拟[D]. 刘海华.苏州大学 2018
[2]基于搭接表面接触状态的激光透射焊接PC工艺研究与数值模拟[D]. 郝云.苏州大学 2018
[3]添加中间层的PMMA与PBT激光透射焊接实验研究与数值模拟[D]. 仲雪娇.江苏大学 2017
[4]聚丙烯腈/聚芳砜酰胺共混阻燃纤维的研制[D]. 刘馨洋.东华大学 2016
[5]不相容聚合物激光透射连接机理、工艺与数值模拟研究[D]. 陈国纯.江苏大学 2016
[6]POM在激光透射焊接中的热降解行为研究[D]. 郭德晖.江苏大学 2016
[7]新型含咔唑-三芳胺结构聚芳砜材料的合成及性能研究[D]. 李玉磊.吉林大学 2015
[8]PMMA/ABS热塑性塑料激光透射焊接机理和工艺的研究[D]. 李姣.上海交通大学 2008
本文编号：3613217
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