2013-激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯试验研究复件

1、中国激光犗犉第卷第期 ， 犑犪狀狌犪狉狔 ， 月年犆犎犐犖犈犛犈 犑犗犝犚犖犃犔犔犃犛犈犚犛激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯试验研究雷 剑 波工 业 大王镇王 云 山张 传 鹏 ）学 激 光 技 术，摘 要采 用激 光 透 射 焊 接 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 ）板 材 ，对（ 其 工 艺 、焊 接 区 形 貌 和 拉 伸 性 能 进 行 了 研 究 。 结明激果表明 ：在 未 添 加 吸 光 剂 条 件 下 ，激 光 功 率 高 于时 ，透 明 和 黑色板 激 光 透 射 焊 接 性 能 良 好 ，上 层 透 材 料 的 激 光 入 射 面 无 烧 蚀 损 伤 ， 拉 伸 试 验 中 透

2、明板 断 开 ， 焊 接 区 无 开 裂 ， 最 大 载 荷 为 。板 光 功 率 低 于时 ，单 道 焊 接 条 件 下 焊 接 区 被 拉开 ，最 大 载 荷 。 透 明板 和 其 他 颜 色 在 焊 接 时 ，需 要 添 加 吸激 光 技 术 ；激光光剂透。 采 用 黑 色 热 塑射 焊 接 ；热 塑 性文 献 标 识 码性丙 烯；微酸观树 脂 为 吸 光 剂 的 条 件 下 ，焊 接 效 果 较 好 。形 貌犱狅犻： 犆犑犔 号 犈狓狆犲狉犻犿犲狀狋 犛狋狌犱狔狅犳 犔犪狊犲狉 犜狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀 犠 犲犾犱犻狀犵 狅犳犘狅犾狔 犿犲狋犺狔犾犿犲狋犺犪犮狉狔犾犪狋犲犔犲犻 犑犻犪

3、狀犫狅犠犪狀犵犣犺犲狀犠犪狀犵犢狌狀狊犺犪狀犣犺犪狀犵 犆犺狌犪狀狆犲狀犵（犔犪狊犲狉 犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵 犆犲狀狋犲狉 ， 犜犻犪狀犼犻狀 犘狅犾狔狋犲犮犺狀犻犮 犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔 ， 犜犻犪狀犼犻狀 ， 犆犺犻狀犪 ）狑犲犾犱犻狀犵狆狅犾狔犿犲狋犺狔犾犿犲狋犺犪犮狉狔犾犪狋犲 （犘 犕 犕 犃 ） 狊狆犲犮犻犿犲狀狊犃犫狊狋狉犪犮狋犈狓狆犲狉犻犿犲狀狋狊狅狀 犢犃犌 犾犪狊犲狉 狋狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀狅犳犪狉犲犮犪狉狉犻犲犱 狅狌狋 狋狅 狊狋狌犱狔 犾犪狊犲狉 狑犲犾犱犻狀犵 狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔 ， 犿犻犮狉狅狊狋狉狌犮狋狌狉犲 狅犳 狑犲犾犱犻狀犵 狕狅狀犲 犪狀犱 狋犲狀

4、狊犻犾犲 狆狉狅狆犲狉狋狔 犜犺犲 狉犲狊狌犾狋狊 狊犺狅狑狋犺犪狋 狋狉犪狀狊狆犪狉犲狀狋 犪狀犱犫犾犪犮犽 犘 犕 犕 犃狊狆犲犮犻犿犲狀狊 犮犪狀犫犲 狑犲 犾 狑犲犾犱犲犱 犪狀犱 狋犺犲狉犲 犻狊 狀狅 犪犫犾犪狋犲犱 犿犪狉犽 犪狋 犾犪狊犲狉 犻狉狉犪犱犻犪狋犲犱狑犻狋犺狅狌狋 狅狆狋犻犮犪犾 犪犫狊狅狉犫犻狀犵 犿犪狋犲狉犻犪犾 狑犺犲狀 犾犪狊犲狉 狆狅狑犲狉犻狊 犪犫狅狏犲 犐狀 狋犲狀狊犻犾犲 犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋狊 ，狋犺犲 狋狉犪狀狊狆犪狉犲狀狋狊狌狉犳犪犮犲犠狑犻狋犺 狋犺犲 犿犪狓犻犿狌犿 犾狅犪犱 狅犳 犖 ， 犪狀犱 狋犺犲狉犲 犻狊 狀狅 犮狉犪犮犽 犪狋

5、狋犺犲犘 犕 犕 犃 狊狆犲犮犻犿犲狀狊 犫狉犲犪犽 犪狋 狋犺犲 犲犱犵犲 狅犳 狑犲犾犱犻狀犵 狕狅狀犲 犠 ， 狋犺犲狑犲犾犱犻狀犵 狕狅狀犲 犠 犺犲狀 犾犪狊犲狉 狆狅狑犲狉 犻狊 犫犲犾狅狑狑犲犾犱犻狀犵 狕狅狀犲 犻狊 犳狉犪犮狋狌狉犲犱 狌狀犱犲狉 狋犺犲 犮狅狀犱犻狋犻狅狀 狅犳 狊犻狀犵犾犲 狋狉犪犮犽狑犲犾犱犻狀犵 ， 犪狀犱 狋犺犲犿犪狓犻犿狌犿 犾狅犪犱 犻狊 犖 犗狆狋犻犮犪犾 犪犫狊狅狉犫犻狀犵 犿犪狋犲狉犻犪犾 犮犪狀 犫犲 狌狊犲犱 狋狅 犻犿狆狉狅狏犲 狋犺犲 狉犲犾犻犪犫犻犾犻狋狔 狅犳犾犪狊犲狉狋狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀 狑犲犾犱犻狀犵 狅犳狋狉犪狀狊狆犪

6、狉犲狀狋 犪狀犱 犮狅犾狅狉 犘 犕 犕 犃 狊狆犲犮犻犿犲狀狊 犜犺犲 狇狌犪犾犻狋狔 狅犳犾犪狊犲狉 狋狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀 狑犲犾犱犻狀犵狑犻狋犺 犫犾犪犮犽狋犺犲狉犿狅狆犾犪狊狋犻犮 犪犮狉狔犾犻犮 狉犲狊犻狀 犻狊 犫犲狋狋犲狉 狋犺犪狀 狋犺犪狋 狅犳 狅狋犺犲狉 犪犫狊狅狉犫犻狀犵犿犪狋犲狉犻犪犾狊 犾犪狊犲狉 狋犲犮犺狀犻狇狌犲 ；犾犪狊犲狉 狋狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀 狑犲犾犱犻狀犵 ；狋犺犲狉犿狅狆犾犪狊狋犻犮 ； 犿犻犮狉狅狊狋狉狌犮狋狌狉犲犓犲狔狑狅狉犱狊犗 犆犐犛 犮狅犱犲狊 ； ； 料的递学了光过和其我半材王和学程离微国导料又激和。子观在体焊良光热力学特 性 进 行

7、 分 析 ，研 究 了激 光 能量引因需多 层言尺 寸个 零 针传化究等种程也接行究度对 激 光 焊引 入 的 影接响 ，较中 热 、光 和 结 构 限 制 ，越 来件 连 接 在 一 起 ，利模将具多越用热多 的 复 杂激 光 完 成 两 层注作此激接等能入用方光的三过面焊可机。开系性了分制全面地 研 ， 。 或焊 研接究光成了透用为激射有国光焊限内 外 研 究点展统了 较 多 工作 ， 袁晖料进等的行 建有 机了 测等功 率 、焊 接 速 度 、夹 持 力 等 立玻试质了璃。量，分 析 了 不 同 颜工 艺 参 数 对 激接 聚 氯 乙 烯的 影 响 。，并 对 其 焊 接 强 度半 导

8、体 激 光 焊 接等 利元 方 法求与解热得成结到像晶激结热光果塑焊进性接行塑 研量 密工 艺 、导 体 端中对 比 。三维瞬态 温 度 场 分 布 ，并 采布 。 张 卫 等用半 通等过 对 无 定 型 和 半 收 稿 日 期： ； 收到 修 改 稿 日 期： 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金（ ）（ ） 和市 科 技 支撑 计 划重点项目市 应 用 基 础 及 前 沿 技术 研 究 计 划（ ）资助 课 题 。作 者 简 介 ： 雷 剑 波（ ），男，主要 从 事 激 光 制造 理 论 及其应 用 等 方 面 的 研 究。 ： 中国激光抽部要编射利描运分原程焊用速全层因实

9、接光度国究固和。现透纤对内领态气刘了明激焊外域（ ）激光 焊 接，试 验表裂明 焊 缝 内机 制 的 主（ ）工条强艺件度及下开其透展对明研焊和究接 质黑 色。量 的 影 响 ，重 点 对 未添形加 吸 光 剂貌 和 拉 伸孔会高聚光接相包是霞斯氯影等型乙响 接 头 力 学 性 能 和 断材 料 焊 接 区 采用 参 数 化 设 计 语 言热 源 的 动 态 加 载 ，得 到 了 激 光 透 烯 的 温 度场分 布 。 黄 东 林 等试 验 材料 及 方 法振 镜 扫 描 焊 接强 度 的 影 响 。关 研 究 表 明 ，激，研究了间距和扫选种用 透 明与 红 色 、黄 色 、白板 材 进 行

10、 焊 接 。色当、绿 色 、黑 色有 色用非塑板图黑性作色丙为所斑 光 透 射焊接织的等材光基主方料剂丙接时 ，需剂 ，吸 光 剂 采 用 黑 色 热用氮吸有光机 要面焊等烯研括焊在接于颜机理 、工 艺 和 组性能属吸甲烯上示尺酸 树 脂 和 偶颜 料 。 以 透 明 其 中 ，如 。其 难 点，不 同的 激 光 焊 接 与 金、材 料 、工 艺 参 数 和下 加 紧 板 ，把，激 光 功 率 为焊 接 试 件 夹 持 在接条酸不件甲同下酯色，速 度 为 ，光 有 较 大 差 异 。 本 文 主 要 研 究 透 明 聚。寸 为 （ ）与 不 同 颜 色材 料 的 焊 图激 光 透 射 焊 接

11、试验 图。 （ ）焊 接 现 场 ；（ ）试 验 试 件 （ ） ； （ ） 试验 装 置 主 要 包 括： 断，取 其 横 截 断 面 喷 金 。 ） 激光 器 ； ） 机 ） 显 ） 拉机 。光器： 固体拉 伸 试 样 采 用 长为、宽 为、厚为后厚 激板 材 搭 接 焊 而 成 ，图的透明 和 黑 色为的辅 器微人镜： 机镜能器 人 ；采两助用块板式 万 能 材 料 试 验 机 做 拉 伸 测 试 ，焊接等：冷场 发 射电子 显 微式 万板 不 在 同 一 平 面 上 ， 拉 伸时加 伸 试 验 机： 材料试夹 持 ，保 证 拉 伸 在 一 条 直 线 上 。验采 用 冷 场 发 射电

12、子 显 微 镜拍摄 焊 接 区板用微材液观焊氮形接脆结果 及 分析 貌而，试 样成 ，未选添用加厚 透 明 与 黑 色 吸 光 剂不 同 颜 色焊 接时 ， 对 透 明行 研 究 。 试，分 析 前 需 将 焊 接 试 样未材采 用焊 接吸效光果剂进板与一材结其定料合他夹无强焊激颜持法度接光时 背 验 表 明 ，在色力形很样入正所面存板下成低件射面示烧在，透 明板料形与虽成红可强色焊度、绿 色 、黄 色接 在 一 起 ，但 焊接 ，与白材色料材可，与 黑 色较 好 的 焊 接 ；所 有的面（激，焊蚀透 明材。背料下面边 缘层 材有料一为定红烧色蚀 ， 而 均 无 烧 蚀 痕 迹光 入 射 面

13、）和（激 光 透 射 面 ）形 貌 如 图分 微 熔 见 图 （ ）， 而接 结 合 面 呈 现 部图拉 伸 试 验 图 非 常 严 重 见 图 （ ），表 明 在 红 色 材 料激 光 透 射 和 相 互 作 用 过 程 。雷剑 波 等 ： 激 光 透 射 焊 接聚甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 试 验 研 究为响颜色了 研 究 吸 光 剂 对板酸 树 脂验 。光 剂材和焊黑接色效 果偶 氮良象焊但好。接焊，试 样 焊 接 处 无 明 显 缺 陷 ，在 试 样 背 面 无 烧 蚀现于 的有用影机黑，分 别 以 黑 色 热 塑 性 丙 烯而过接采程质用中量黑其一色不般偶能。氮直有 机 颜 料 作

14、为 吸 光 剂 时 ，由试 验 表 明 ，采时 ，焊 接 质 量接 融 入 基 体 ，虽 能焊 接 在 一 起 ，料 作 为 吸 光 剂热 塑 性 丙 烯 酸进 行 对 比树 脂 作 为试吸图激 光焊 接 透 明 红 色试 件 。 （ ）正 面 ；（ ）背面 （ ） ； （ ） 激 光 透 射 焊 接 区 形 貌晶 高 聚 物 ，两，以 相 互 交 错性 ，熔 融 焊 接，表 明 焊 接 区 好 的 稳 定 性 。非后整图于中者熔间合现具在出有一激非起光常的焊侧好结接存的构相存容在良处 图为 在 未加 吸 光 剂 条 件 下 ， 透 明板大接影 。 由 放板 被 焊良 好 ，热和 黑色倍板焊接

15、 区 的 微 观 形可 以 看 出 ，两 块貌体 特 征 良 好 ，体、 （ ）中 可 发 现 焊 接 区 右坑 ，这 是 由倍 的在多凹后响倍存 在 一 条 明 显区 域 较 小 ； 对的焊两焊 接 线 ，表 明 焊 接 效接 线 部 分 进 行 高 倍果放冷 场 发 射 电 子 显 微 镜 的 电 子 激 发 黑 色的 色 素 粒 子 所 造 成 。板 大（）后 发现 ，由 于块主 要 成 份 均 为，为 图激 光 透 射 焊 接 结 合 界 面 电 子 扫 描 显 微组 织 图。（ ） ；（ ） ；（ ） 倍倍倍 （ ） ； （ ） ； （ ） 伸 试 验拉 参能焊激明表下考承 压 设

16、备 产 品 焊 接 试件材断试。的激口件力光照均 检 验 标 准 ， 对 透 明 与 黑 色学透片是性射。透板后的 接光试功件率进 行高 于拉 伸测试 ，图为拉选断用时 ，拉 伸 所被 拉 断 ，断口 在，已 需 要焊 接 区 边 缘 处 为 拉 伸 测 试 数 据为 不 同 工的 力 。 激 光 功 率艺为条件拉 开 或 拉 断 时、单 道 焊 接 时 ，透所明焊图激 光 透 射 焊 接 试 件 拉 断 图 与 黑 色接 强 度板 被 拉 开 ， 两 块 板 均 无 裂 痕 ， 表 明比 较 低 ， 焊 接 区在 板 断 开 ， 透 明拉 力 作 用下 就 被 拉 开 ； 激 光 功 率 为

17、板 在 焊 接 区 边 缘、 接 ，均 是 透 明板 的 拉 双 道 焊 接 时 ，透 明断 开 ；激断 极 限 在左 右 。 光 功 率 高 于时 ， 无 论 单 道 焊 接 还 是 双 道 焊中国激光按 照 原 有 激 光 透 射 焊 接 试 件 尺 寸 制 作 了平 均 值 为 ； 黑 色 ，平 均试 件 拉 力 分 别 为 验 ，透 明 母 材 试 件 （透 明 与 黑 色 各件 ），进 行 拉 伸 试 、 、 值 为 。拉 断 时 拉 力 分 别 为 、 、 ，试 件 表拉 伸测 试 数 据 表 （ ） 拉 伸 试验 存 在 两 种 结 果 ：一 种 为焊 接 结 合面 脱板接明料被

18、区由强拉边于度断缘焊明，如 图 （ ）与 （ ）所 示 ，断裂 位 置 出 现 在 焊离力析合，如 图 （ ）所 示 ，此 时 两 焊 接 试 件 尺 寸 完 整 ，在 拉，且 拉 断 时 的 拉 力 值 明 显 低 于 母 材 本 身 ，表作拉不用伸充下失分结 合 区 分 离 ，拉 力 测 量 值 为 焊效 形 式 可 知 ，激 光 功 率 较 低 时，使 得 结 合 强 度 低 ； 另 一 种 为接 结 合 力 ，分，试 件 熔 融 结接显区 边 缘 的降 低 。残 余 应 力 ，使 得 焊 接 区边缘材透 明 图不 同 激 光 功 率 焊 接试 件 拉 断 后 断 口 形 貌 。（ ）

19、； （ ） ； （ ） （ ） ； （ ） ； （ ） 结 ） 采论 参考文献用接力相激 光 对热 塑 性 材料 进行焦等色 ， ， 犲狋 犪犾 了量工有透与艺关射夹参焊持数，焊 接 质 量 受 材 料 、激光速量功度与率和材、速 率 、离 犆犺犻狀犲狊犲 犑 犔犪狊犲狉狊 ， ， （ ）： 影 响 。 在 扫 描的 情 况 下 ，焊 接 质等同激 光功身率颜霄 ， 张 惠中 ， 丁 国 民 等 聚 丙 烯激 光 透 射 焊 接 工 艺 王料本中 国 激 光， ， （ ）： ，黑 色 材 料 具 有 较 高 的 吸 光 率 。 ， ） 以黑 色热 塑 性 丙 烯 酸 树 脂 为 吸光面成剂无有

20、时烧效，焊蚀焊接犆犺犻狀犲狊犲 犑 犔犪狊犲狉狊 ， ， （ ）： 质以但量黑焊良色接好偶质，焊 接 区 无 明 显 缺 陷 ，试 样 背；而接 ，韦宏 ， 王 传 洋 聚 碳 酸 酯 激 光 透 射 焊 接 工 艺 及 性 能 研 究 中 国 激 光， ， （ ）： ，能氮 有量 较明 与机 颜差 。黑 色，热 影料为吸光剂时形 ， ： 犑狅狌狉狀犪犾 狅犳 犕 犪狀狌犳犪犮狋狌狉犻狀犵 犛犮犻犲狀犮犲 犪狀犱 犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵 ， ， （ ）： ， ， 犲狋 犪犾 ） 透板材接杂在光 剂条两伸度消件层试明除下材验显应 焊料表降力接相明低的效容受果性到良较残好好余响 区 小 ，焊结 合

21、 区 上 下质 缺 陷 。 拉 ： ，无 明 显 气 孔 和 犜狉犪狀狊犳犲狉 ， ， （ ）： 犑狅狌狉狀犪犾狅犳犎犲犪狋应 力 影 响 ，焊 接 区 边 缘 材 料 强 ， ， ，进 一 步 研 究 应 分 析 残 余 应 力 机 制 ，采 取 措 施，降 低 残 余 应 力 对 材 料 强 度 的 影 响 。 犘狉狅犱 犈狀犵 犚犲狊 犇犲狏犲犾 ， ， （ ）： 雷 剑 波 等 ： 激 光 透 射 焊 接聚甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 试 验 研 究 ， ， 犲狋 犪犾 犃狆狆犾犻犲犱 犛狌狉犳犪犮犲 犛犮犻犲狀犮犲 ， ， （ ）： ， ， 犲狋 犪犾 犆犺犻狀犪 犘犾犪狊狋犻犮狊 犐狀犱狌狊狋狉狔 ， ， （ ）： 黄 冬 林 ， 杨 永 强 ， 杨 胜 男 等 振 镜 扫 描 式 光 纤 激 光 焊 接 有 机 玻 璃 ， ， 工