PMMA 与304不锈钢激光焊接
黄怡洁， 高向东， 郑俏俏
(广东工业大学 广东省焊接工程技术研究中心，广州 510006)
摘 要： 研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料与304不锈钢激光焊接热传导技术，采用正交试验法分析聚甲基丙烯酸甲酯和304不锈钢之间的焊接质量. 对焊接后的试样进行拉伸测试和切片试验，用能量密度定量判定焊接结果，分析多种焊接因素对抗拉强度和焊缝宽度的影响. 利用正交试验极差分析法对试验数据进行处理，获得透明聚甲基丙烯酸甲酯和304不锈钢之间激光热传导焊接的最佳焊接工艺参数. 结果表明，焊接因素对焊接强度的影响从大到小的顺序为焊接速度、脉冲宽度、保护气体流量、峰值功率、光斑直径和脉冲频率.关键词： 聚甲基丙烯酸甲酯；304不锈钢；激光焊；焊接因素
中图分类号：TG 456.7 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .2018390300
0 序 言
结构轻量化、可回收利用、比强度高的结构材料越来越引起人们的关注
[1-2]
. 金属与非金属的连
接可以发挥两种材料各自的性能，如何将其实现优质的连接满足产品使用性能的要求显得尤为重要[3]
.目前塑料与金属的连接方法主要包括机械铰合、粘合和超声波钎焊等. 脉冲式光纤激光焊接具有焊接速度快、精度高、热影响区小等诸多优点，能够克服异种材料连接不相容的问题.
塑料与金属异种材料的连接主要集中在国外，Kawahito 等人[4]
已使用激光焊接不锈钢与PET 相关的研究. Farazila 等人[5]
对PET 和金属材料(Cu ，A5052，USU304)使用Nd:YAG 脉冲激光器进行搭接焊. 国内对异种材料的焊接，主要集中在对异种塑料的激光透射焊接[6]
. 塑料与金属的焊接方面大都通过数值模拟来验证分析[7]
，对塑料与金属激光焊接工艺性能的研究相对较少. 为此，通过试验研究异种材料的焊接机理，获取聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料与304不锈钢的激光焊接方法.
1 激光热传导焊接
PMMA 和304不锈钢热导焊时，激光辐射能量
作用在304不锈钢表面，热量通过热传导向内部扩散，使PMMA 融化，在两种材料连接区的部位形成熔池. 熔池随着激光束一道向前运动，熔池中熔融304不锈钢不会向前运动. 在激光束向前运动后，熔池中的熔融金属随之凝固，形成连接两块材料的焊缝. 激光辐射能量只作用于304不锈钢表面，下层PMMA 材料的熔化靠热传导. 激光能量被表层的薄层所吸收使其熔化后，表面温度继续升高，使熔化温度的等温线向材料深处传播. 表面温度最高只能到达汽化温度. 焊接方式是高分子材料(PMMA)置于下层，金属(304不锈钢)置于上层，避免对高分子材料透光率的要求，该方法扩大了塑料与金属进行激光焊接的范围. 焊接方式如图1所示.
夹具
304 不锈钢
图 1 激光焊接试验装置示意图
Fig. 1 Laser weIding test device diagram
2 试验方法
采用WF300光纤传输焊接机，主要技术参数
收稿日期：2017 ? 06 ? 01
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51675104)；广东省科技计划(2016
A010102015)；广东省教育厅创新团队项目(2017KCXTD10)
第 39 卷 第 12 期2018 年 12 月焊 接 学 报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION Vol .39(12):067 ? 070, 076
December 2018
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