激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚实验研究

对异种塑料聚碳酸酯和聚苯醚激光透射焊接性能进行了研究,分析了温度属性和相容性对可焊性的影响;采用半导体激光器进行激光透射焊接实验,采用电子万能试验机测定接头拉伸剪切强度,并用响应面法对焊接工艺参数进行实验设计建模与优化;采用三维显微镜对断面形貌进行观测,分析不同扫描速度下接头失效形式。结果表明,在激光功率为6.34 W、扫描速度为40 mm/s、夹紧力为0.39 MPa时,能获得最佳的焊接强度为6.51 MPa,当能量输入密度不同时,上下层材料的熔融结合作用程度和焊接缺陷(烧蚀和气泡)是影响接头力学性能和失效形式的主要因素。利用激光透射焊接技术,可以对异种塑料实现较好的焊接效果。     

基于有限元法的聚碳酸酯激光焊接性能研究

为了揭示焊接参量对焊接质量的影响机理,优化焊接工艺参量,利用超景深显微镜和拉伸试验机对不同功率、焊接速率和材料厚度参量下的焊接强度进行了观察和测试。采用ABAQUS建立3维轴对称物理模型,对焊接过程中的温度分布进行了有限元模拟,并通过正交试验获得了各参量对焊接质量的影响规律。结果表明,激光功率是影响焊接强度的首要因素,其次是焊接速率,材料厚度影响最小;焊接过程中焊接温度越高,焊缝的宽度越大,可能导致熔池材料分解,焊缝中的气泡增多,影响焊接强度。     

铝钛异种合金的激光熔钎焊

提出了一种连接Al/Ti异种合金的新工艺，即采用激光为热源，AlSi12为填充材料，实现了Ti-6Al-4V钛合金和LF6铝合金的激光熔钎焊连接。激光熔钎焊是一种局部加热焊接过程，通过调整激光加热参数，控制填充材料的润湿铺展及界面金属间化合物的形态和数量，从而控制接头质量。在实验过程中，填充焊丝实时送入，通过改变激光功率、间隙大小、光斑尺寸、焊接速度、送丝速度、激光辐照位置等工艺参数，以获得对接头的不同加热效果。研究了不同参数下的钎缝成形规律、接头界面特点及接头拉伸强度。结果表明，采用激光熔钎焊工艺连接Al/Ti异种合金可以获得成形良好、强度较高的接头，但焊接过程对工艺参数要求严格;接头厚度方向不同位置的界面金属间化合物的厚度和形态各不相同;热输入较低情况下，钎料与钛合金材料作用不充分，接头易从界面处断裂;热输入较高时，接头容易从铝合金侧熔合区附近断裂。     

激光焊接镀锌钢/冷轧钢异种板材工艺试验研究

为了研究镀锌钢/冷轧钢异种板材间激光焊接性能,采用光纤激光器及其配备的机器人对其进行了焊接试验,并对接头进行了显微组织和力学性能分析。在试验的基础上,分析了激光功率、焊接速度、离焦量等主要工艺参量对焊缝性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着激光功率的增大和焊接速度的降低,焊缝宽度和熔深增加;焊缝及热影响区硬度均高于母材,焊接接头的强度与母材冷轧钢板相当;为保证焊接接头强度和性能的有效过渡,克服因其物理性质差异所导致的焊缝与拼接中心间的偏离,激光光斑中心宜向冷轧钢板一侧偏移。     

镀钛玻璃与PET之间的激光透射连接及其性能

激光透射连接具有生物相容性的异种材料在生物医学植入体及其封装中具有良好的应用前景。利用半导体激光器对镀钛玻璃与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)进行激光透射连接试验,其中玻璃上镀钛薄膜是通过射频磁控溅射方法完成的镀膜。通过单因素工艺研究了主要工艺参数激光功率、扫描速度和镀钛薄膜的厚度对连接强度的影响,并探讨了玻璃基片的表面粗糙度对镀钛薄膜粗糙度以及其连接强度的影响。通过搭接剪切试验得到镀钛玻璃与PET之间的连接强度,采用真彩共聚焦材料显微镜对拉伸失效后的试样表面进行观测和失效分析,使用X射线光电子能谱(XPS)检测激光透射连接过程中镀钛玻璃与PET之间化学键的形成信息。结果表明:主要工艺参数激光功率、扫描速度对连接强度有着重要影响,增加玻璃基片的粗糙度和镀钛薄膜的厚度可以提高其连接强度,为激光透射连接镀钛玻璃与聚合物提供了参考。     

激光透射焊接聚碳酸酯的有限元分析

为了研究激光透射焊接塑料过程中温度分布对焊接显微结构和强度的影响,采用ABAQUS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接聚碳酸酯(PC)的三维有限元热分析模型,通过子程序DFLUX和FORTRAN语言编程实现超高斯型热源的动态加载,有限元分析得到激光透射连接过程中温度场的分布。结果表明:当激光功率P=40 W,焊接速度v=40 mm/s时,焊接温度达到333.8℃,焊接强度最高(1.3 kN),焊接质量最好;当焊接速度v=10 mm/s时,最高温度达到589.5℃,拉伸强度为0.4 kN。当激光功率为40 W,焊接速度为100 mm/s时,焊接温度达到165.5℃,拉伸强度为0.74 kN。焊缝成形的好坏主要与焊接温度有关,可通过选择合适的工艺参数对这些缺陷进行控制。     

激光焊接透明聚碳酸酯的试验研究

为得到不添加额外吸收剂的透明聚碳酸酯（PC）焊接试样，使用波长1710 nm和1910 nm的激光对PC进行了透射焊接研究，通过观察焊缝外观和测试焊缝强度以确定焊接试样的质量。试验结果表明：1710 nm和1910 nm的激光可以得到强度接近、焊接效果较好的PC试样；使用1710 nm的激光，在功率为20 W、焊接速度为6.5 mm/s、离焦量为-6 mm时，得到了最大拉断力为1334.4 N、焊接外观效果较好的PC试样，试样的强度达到了PC本体的60.9%。     

聚苯乙烯与钛激光透射连接工艺研究

为了解决激光透射难以实现连接聚苯乙烯与钛的问题,采用氧等离子体处理后的聚苯乙烯与经激光表面处理的薄钛进行了激光透射连接。建立了激光透射连接工艺参量的数学模型,分析了工艺参量对连接强度的交互式影响,得到了优化工艺参量。结果表明,经过处理后的聚苯乙烯与薄钛再进行激光连接时,其连接强度从0.5MPa提高到6.0MPa以上,有效解决了聚苯乙烯与钛的激光透射连接难题;通过优化工艺参量可获得最优的工艺参量组合。该研究为此工艺的工业应用奠定了基础。     

激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯试验研究

采用YAG激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板材,对其工艺、焊接区形貌和拉伸性能进行了研究。结果表明:在未添加吸光剂条件下,激光功率高于200W时,透明和黑色PMMA板激光透射焊接性能良好,上层透明PMMA材料的激光入射面无烧蚀损伤,拉伸试验中透明PMMA板断开,焊接区无开裂,最大载荷为2110N。激光功率低于200W时,单道焊接条件下焊接区被拉开,最大载荷1170N。透明PMMA板和其他颜色PMMA板在焊接时,需要添加吸光剂。采用黑色热塑性丙烯酸树脂为吸光剂的条件下,焊接效果较好。     

吸收剂对热塑性塑料激光透射焊接质量的影响

为了研究吸收剂对激光透射焊接热塑性塑料的影响,设计了热塑性材料的激光透射焊接实验方案,对透明聚苯乙烯、聚氯乙烯两种塑料成功地进行了激光透射焊接,运用正交实验方法对焊接工艺进行了分析,并对焊接样品进行了剪切强度测试;讨论了黑漆和clearweld两种不同吸收剂对焊接强度和外观质量的影响,对实验中出现的黑色焦黄色焊缝、焊缝凸起和焊接断裂等现象进行了分析。结果表明,clearweld吸收剂优于黑漆吸收剂。     

激光辅助加热搅拌摩擦焊3维流场数值模拟

为了优化激光辅助加热搅拌摩擦焊接工艺、为焊接实验提供理论依据,采用数值模拟的方法,进行了Q235钢激光辅助加热搅拌摩擦焊3维流场模拟仿真。模拟分析了粘塑性材料的流动行为及热量传递过程,获得了被焊材料的流动场及温度场分布。结果表明,在焊接过程中,被焊材料主要是由后退侧向前进侧流动;激光功率为800W、焊接速率为23.5mm/min、转速由750r/min增加至1180r/min的过程中,被焊材料的流动性变好,最高温度升高,但未超过钢的熔点,与实际实验过程中钢未熔化一致。激光作为辅助热源,为焊接过程提供热量输入,可改善焊接材料的流动性。     

红外探测器组件激光封口技术研究

高气密激光封口技术是一种可用于金属管壳的封装技术。它能在高真空环境中 使开有小孔的管壳器件实现封口密封,从而使排气工艺与封口工艺同步完成。针对微型管壳的结构和材料 特点,研究了激光焊接设备的电流和脉宽与焊接能量的关系以及电流、脉宽和离焦量对封口质量的影响,得到了柯伐 材料的激光封口参数,并将这些工艺参数应用到了红外探测器金属管壳的激光焊接中。测试结果表明,其漏率均优于1×10-10Torr.l/S。     

6061铝合金激光-MIG复合焊中能量比影响的研究

为了研究激光-熔化极惰性气体保护焊（MIG）复合法焊接铝合金时激光、电弧两种热源各自的作用,得出二者最佳耦合效果,采用观察接头显微组织、焊缝截面形貌等手段,分析了激光、电弧各自对焊缝的影响。在此基础上,进一步测定焊缝气孔率、力学性能等参量,探索了能量分配比例对焊接接头性能的影响规律。结果表明,激光-MIG复合焊接6061铝合金时,控制电弧、激光能量比在0.9附近,辅以合适工艺,获得的焊接接头气孔率仅为1.5%,抗拉强度291MPa,达母材的82.9%,符合工程需求。此研究对不同厚度的铝合金复合焊具有普遍指导意义。     

红外加热吸附反应外延系统的温度均匀性研究

为指导全新的吸附反应外延技术ARE(Absorption Reaction Epitaxy, ARE)设备红外热源的设计,分析在真空腔室中红外管阵列的热流分布。通过对灯管阵列灯管数量、灯管间距、灯阵与硅片之间距离等设计参数。采用COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟,研究了以红外为热源的设备腔室及硅片温度场分布情况,实测硅片表面温度及均匀性与仿真基本吻合。结果表明在保证源在硅片表面良好扩散效果的同时,当灯管阵列灯管长度为200 mm,数量为11根,间距10 mm,距离硅片15 mm时硅片表面温度不均匀度达到0.683%,满足红外加热吸附反应外延工艺需求,可为ARE红外热源及腔室设计提供参考。     

锆基非晶合金与不锈钢激光焊接的接头特性

为了优化非晶合金与晶体金属的激光焊接工艺,运用最大平均功率300 W脉冲红外激光焊接锆基非晶合金Zr₅₇Nb₅Cu_15.4Ni_12.6Al₁₀与440、304、17-4PH不锈钢。采用材料分析手段和力学测试方法对实验焊接接头的材料微观组织、成分组成以及力学性能进行了表征,取得了合适的激光偏移量焊接工艺参数、焊接接头微观组织特性数据及其力学性能数据。结果表明,激光焦点往不锈钢侧偏移0.2 mm～0.3 mm可以使焊接熔化均匀并有效提高抗弯强度,通过合适的焊接工艺使非晶合金与17-4PH接头抗弯强度达339 MPa;非晶合金与3种不锈钢的激光焊接接头主要分为熔化混合区与热影响区,熔化混合区中发现了呈树枝状与颗粒状的结晶组织,焊后通过低温退火可使抗弯强度提升14%～48%。此研究结果对扩大锆基非晶合金在各个领域的应用具有指导意义。     

红外加热技术在荧光灯生产（排气工艺）中的应用

荧光灯组装工艺流程中,存在着一系列影响灯管质量问题的因素,如材料质量、零件化学处理、热加工工艺、真空卫生条件等,这些因素的影响最终将在排气工序中反映出来。排气工序中的温度和时间两大要素,是制灯行业感到难以掌握的技术问题。目前制灯行业的加热装置中所采用的气体火焰加热和电阻丝直接加热,都存在着烘箱温度不易控制达到所需工艺温度和上下温差悬殊等弊病。本文提出将远红外加热技术应用到排气烘箱加热装置中,从实践中证实了其可行性,并收到了明显的经济效益和社会效益。