对于激光焊接的工艺研究虽然不少, 但因影响激光器焊接质量的因素较多, 对工艺参数的优化一直缺乏有效的获取手段。田口方法作为一种优秀的统计设计方法而应用于优化激光焊接参数。针对常用304不锈钢进行激光焊接, 基于田口方法设计实验, 对试验结果进行了信噪比分析及方差分析, 研究了Nd:YAG脉冲激光焊接工艺参数对焊缝宽度及抗拉强度的影响。建立了能预测焊接质量(焊缝宽度和抗拉强度)优化工艺参数的数学模型。结果表明, 脉宽和电压对焊缝宽度起主要影响, 频率和速度影响较小, 速度和脉宽对抗拉强度起主要影响, 建立的模型能够较好地预测实验结果。

衍射型激光透射塑料焊接技术是一种新型的同步焊接技术。介绍了衍射型激光透射塑料焊接基本原理, 提出了一种基于衍射光学元件的激光同步焊接技术; 建立了衍射模型, 并采用加权G-S算法, 使用Matlab软件模拟计算出权因子大小对所设计的衍射光学元件(DOE)的影响。模拟结果表明, 随着权因子变大, 衍射效率提高, 分布在辐射区域的光强就越多; 均方差(SSE)提高, 整形后光斑的均匀性就降低, 辐射区域的光强就不均。最后, 进行了DOE调制整形的实验, 得到了整形前后激光束光斑形状, 达到预期的图形。

为了揭示具有良好生物相容性的医用聚合物材料的连接、封装工艺, 采用激光透射焊接工艺, 对0.12 mm厚热塑性聚氨酯弹性体薄膜(TPU)进行激光焊接, 研究了激光器平均功率、焊接速度等主要工艺参数对焊缝质量的影响。结果表明, 使用Clearweld吸收剂, 焊缝颜色和母材颜色基本一致, 可实现透明对透明材料的无色焊接; 在焊接速度Ｖ＝100 mm/min, 激光器平均功率Ｐ从0.31 Ｗ增加到8.11 W时, 焊缝宽度从0.86 ｍｍ增加到4.10 ｍｍ, 在Ｐ大于2.3 Ｗ时, 焊缝处材料出现分解, 在Ｐ大于7.15 Ｗ时出现烧蚀。但在激光器平均功率Ｐ为0.60～5.89 Ｗ时, 焊缝剥离强度均大于1.3 N/mm。固定激光器平均功率,通过调整焊接速度, 可获得TPU激光透射焊接工艺参数窗口, 表明通过激光器平均功率和焊接速度的匹配, 在保证焊接质量的前提下, 能够为TPU薄膜激光透射焊接选取合理的工艺参数。

使用ANSYS软件，建立了使用激光透射焊接技术焊接透明聚氯乙烯(PVC)的三维有限元热分析模型，利用APDL编程实现高斯型热源的动态加载，得到了温度场的分布; 进一步分析了焊接速度、激光平均功率和光斑直径等工艺参数对焊接质量的影响，并计算出焊缝宽度。结果表明，随着焊接速度的增加，焊缝区域的最高温度逐渐降低，焊缝宽度逐渐减小;当激光平均功率增大时，焊缝区域的最高温度增高，焊缝宽度增大;而当光斑直径增大时，焊缝宽度增大，但焊缝处的最高温度有所下降。焊缝宽度计算值与实验测量值相比，二者比较吻合。