使用1 710 nm半导体激光器，对同种透明聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料进行激光透射焊接，由于透明PET塑料对1.7 μm的激光具有较高吸收率，因此焊接过程无需添加激光吸收剂。通过调整激光功率和焊接速度，探讨了线能量对焊接强度的影响。在激光功率为10 W，焊接速度为7.5 mm/s时，得到了美观牢固的焊接试件，此时的线能量为1.33 J/mm。保持此线能量不变，在激光功率为5~30 W的范围内设计了对比试验。结果表明，激光功率在5~30 W、焊接速度在3.75~22.50 mm/s内改变对焊接试件的焊缝强度影响较小。

针对激光透射焊接过程中温度变化难以通过试验手段准确反映的问题，以基于锌粉吸收剂的聚芳砜（PASF）激光透射焊接为研究对象，在COMSOL中建立反映焊接过程的三维有限元模型。通过仿真得到的焊缝宽度与实际焊缝宽度对比验证了模型的准确性。分析了不同焊接工艺参数（激光功率、焊接速度和锌粉吸收剂水平）对温度场的影响规律。结果表明：随着激光功率的增大，最高温度升高；随着焊接速度的提高，最高温度降低；随着锌粉吸收剂水平的提高，最高温度升高但升温速率在下降，且达到最大值后开始下降。

使用半导体激光器透射焊接聚碳酸酯(PC)板材,对比了以涂抹有碳黑的金属铜膜(CWCB)作为激光吸收层和以碳黑(CB)作为激光吸收层的PC件的可焊性差异,进一步分析了CWCB宽度对焊接件的结构特征、焊缝变形、残余应力和焊接强度的影响。结果表明:与CB相比,CWCB作为激光吸收层的焊缝区域气泡的数目较少,焊缝中的CWCB有明显的变形。随着CWCB宽度的增加,变形深度和变形面积增加,当CWCB的宽度超过2.5 mm时,变形深度和变形面积逐渐下降,焊缝边缘的溢出高度为386.32~392.26 μm。残余应力与焊缝宽度随着CWCB宽度的增加而增加。CWCB宽度为1 mm时焊接件具有最大的焊接强度21.5 MPa,之后随着CWCB宽度的增加,焊接强度逐渐减小。

激光透射焊接技术是一种近些年发展迅速的塑料焊接技术, 具有焊接强度高、速度快、精度高、易实现空间曲线焊接等优点, 在汽车、医疗器械、包装等领域得到了较为广泛的应用。塑料激光透射焊接通过吸光层塑料吸收激光的光能, 并将光能转换为热能, 使得吸光层和透光层塑料接触区域发生少量的熔融, 冷却之后形成高强度焊缝。首先, 从焊接原理、焊接系统、焊接方法、工艺参数四个方面介绍了塑料焊接技术。其次, 从工艺参数、温度场研究、设备研发、吸收剂四个方面对近年来塑料激光透射焊接领域的研究动态进行了综述。最后, 对塑料激光透射焊接技术的未来发展趋势进行预测和展望。

针对耐高温聚合物聚芳砜难焊接的缺点, 文中提出了在吸收层聚芳砜表面开槽并填充低熔点锌粉作为吸收剂的激光透射焊接方法。系统开展锌粉吸收剂含量、激光功率及焊接速度对焊接质量的影响研究, 采用响应曲面法设计三因素五水平的旋转中心复合法实验方案, 建立了焊接强度和焊缝宽度的数学关系模型, 并根据不同优化目标分别取得了合适的最佳工艺参数组合。通过观察焊缝断面宏观形貌, 分析了不同锌粉吸收剂含量对焊接质量的影响, 结果表明随着锌粉吸收剂含量的增大, 焊接强度先增大后减小, 焊缝宽度增大。当激光功率P=22.53 W, 焊接速度V=3.72 mm/s, 锌粉吸收剂含量为30×1×0.1 mm, 获得最大焊接强度和最小焊缝宽度。当激光功率P=20.64 W, 焊接速度V=4.89 mm/s, 锌粉吸收剂含量为30 mm×1.089 mm×0.1 mm, 获得最小激光功率、最大焊接速度和最大焊接强度。

激光透射焊接过程产生的热集中现象会导致焊件接头处产生不利于结构刚度和承载能力的残余应力, 为有效减少焊接残余应力提高焊接强度, 本文对聚碳酸酯PC/铜/PC进行焊接实验。利用小孔法测量焊接件焊缝中心位置的残余应力, 通过建立响应曲面实验研究焊接功率、焊接速度、铜膜的宽度对焊接强度和残余应力以及焊缝形貌的影响, 计算得到拟合方程并对工艺参数进行优化并获得了最佳工艺参数。实验结果表明, 激光功率和焊接速度对焊接残余应力有显著影响, 铜膜的宽度对残余应力的影响较小。

以聚酰胺(PA)和不锈钢(1Cr18Ni9Ti)搭接接头为研究对象,计算了焊接过程中界面处的热过程,并分析了其对塑料热分解行为影响,获得了优化的焊接热输入;然后通过试验验证,获得了稳定连接的PA-1Cr18Ni9Ti接头,并对PA-1Cr18Ni9Ti界面的连接机制进行研究。结果表明:焊接过程中聚酰胺的热分解与时间、升温速率有关;当激光焊接热输入为77.8 J·mm -1(激光功率700 W,焊接速度9 mm·s -1,离焦量70 mm)时,可保证PA-1Cr18Ni9Ti界面处的聚酰胺在充分熔化、铺展的同时,减少热分解,同时可避免聚酰胺的烧蚀和碳化;PA-1Cr18Ni9Ti界面能够形成Cr—O—C化学键,有利于提高两者的结合强度。

铝粉因其良好的热物理性能可作为激光焊接吸收剂, 但是铝的高反射率, 需掺入炭黑来提升吸收剂的吸光性能。本文应用半导体激光器对含铝粉吸收层的聚碳酸酯进行了激光透射焊接实验, 以吸收剂不同铝粉含量为主要因素, 结合激光功率、焊接速度采用正交水平法研究了焊接工艺参数对焊接强度的影响, 对焊接工艺参数进行了优化。得到了最佳工艺参数, 重点分析了不同铝粉含量吸收剂对焊缝形貌和连接强度的影响。实验结果表明, 吸收剂铝粉含量为40wt%, 焊接功率为35 W, 焊接速度为4 mm/s时, 拉断力最大, 焊接强度最高。

应用二极管激光器对铝膜作为吸收层的聚碳酸酯进行了激光透射焊接实验, 以不同铝膜宽度为主要影响因素, 结合激光功率、焊接速度因素采用单因素实验法与响应曲面法相结合的方式对焊接工艺参数进行了优化, 得到了拟合方程及最佳焊接工艺参数组合, 重点分析了铝膜宽度与焊缝宽度的关系。采用COMSOL软件建立了基于铝膜中间层的有限元模型, 研究了焊接工艺参数作用下的温度场分布, 结果表明模拟焊缝宽度与实验焊缝宽度吻合。

异种相容聚合物因温度属性差异导致焊接效果不佳,为提高其激光透射焊接强度,采用了在激光透射焊接时辅助使用红外加热灯加热具有较高熔融温度的上层材料而改善焊接强度的新方法。从光学属性、温度属性、相容性和上层材料吸热测试4个方面对可焊性进行了理论和实验分析；采用响应面法进行工艺参量优化,取得了最佳工艺参量组合；使用3维显微镜研究了焊件断面形貌及失效形式,并分析了焊缝处气泡对焊接性能的影响。结果表明,使用红外加热灯辅助焊接的最大剪切力能达到激光直接透射焊接时的1.5倍左右。红外加热灯的辅助加热作用是有效解决异种聚合物因温度属性差异大而导致焊接效果不理想问题的一种新途径。