超声波塑料焊接临界温度场分析.PDF

第猿苑卷 第员期 焊摇 接摇 学摇 报 灾燥造援猿苑摇 晕燥援员 圆园员远 年 员 月 栽砸粤晕杂粤悦栽陨韵晕杂韵云栽匀耘悦匀陨晕粤宰耘蕴阅陨晕郧陨晕杂栽陨栽哉栽陨韵晕 允葬灶怎葬则赠摇 圆园员远 超声波塑料焊接临界温度场分析 员 员 圆 圆 圆 张宗波 袁摇 贺庆强 袁摇 罗摇 怡 袁摇 王晓东 袁摇 王立鼎 渊员援 中国石油大学渊华东冤 机电工程学院袁青岛摇 圆远远缘愿园曰 圆援 大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室袁大连摇 员员远园圆源冤 摘摇 要院采用多场耦合模型对超声波塑料焊接过程中的摩擦热和粘弹热进行了数值计算袁并分析了超声振幅对焊 接区温度场的影响援 基于计算结果袁提出了超声波焊接过程存在临界振幅袁当超声振幅低于该临界振幅时袁不管焊 接时间多长袁都不能形成熔融焊接区援 制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验袁试验结果与数 值计算结果具有较高一致性袁进一步对临界振幅附近的临界温度场进行了分析和探讨援 研究临界温度场袁有助于解 决超声波塑料焊接过程中温度场难以控制的难题袁同时为超声波塑料器件非熔融连接方法奠定基础援 关键词院超声波塑料焊接曰 临界振幅曰 临界温度场 中图分类号院栽郧源缘远摇 摇 文献标识码院粤摇 摇 文章编号院园圆缘猿原猿远园载渊圆园员远冤园员原园园圆园原园猿 园摇 序摇 摇 言 熔融焊接区援 文中进一步通过测温试验对临界振幅 的存在袁以及临界温度场的特性进行了分析和探讨袁 超声波塑料焊接过程短暂而复杂袁在短短的数 为实现焊接过程的精确温度控制奠定了基础援 秒甚至不足一秒的时间里袁要完成超声振动在声学 系统及焊件中的传播尧焊区产热及热传导尧焊区形 员摇 仿真分析 成尧冷却等多个步骤援 其中袁超声能量转化为热能的 产热过程是实现超声波焊接的主要原因袁也是影响 员援员摇 仿真模型 焊接质量的最重要因素援 关于该过程的产热机理袁 以前期研究中提出的摩擦热原粘弹性热复合计 咱源暂 国内外进行了大量的试验研究与理论分析咱员原缘暂援 随 算模型为基础 袁采用商用软件粤灶泽赠泽对 孕酝酝粤 材 着研究的深入袁人们逐渐发现该过程中并不是依靠 料焊接过程中不同振幅下产生的温度场进行了仿真 单一的产热机理实现振动机械能向热能的转化援 文 计算援 为了提高计算效率采用二维模型袁如图 员所 中基于粘弹性理论和数值计算技术袁建立了超声波 示援 文中采用矩形导能筋结构袁能有效增加初始接 塑料焊接过程中多场耦合模型咱源暂 袁提出了摩擦热和 触面积袁有利于温度的测量与分析援 孕酝酝粤板材的材 粘弹性热复合产热机理的观点袁并通过测温试验验 料参数为院密度员援员愿噪早辕皂猿 袁比热容员援源苑允辕渊噪早窑益冤袁 咱缘暂 热导率园援圆皂宰辕渊皂皂窑运冤袁玻璃化转变温度 栽辕员园缘 证了该观点的正确性 援 早 前期焊接参数优化试验进一步显示袁超声振幅 益袁熔融温度栽皂辕员缘缘益援 选用灾蚤泽糟燥愿愿粘弹性单元袁 是影响焊接质量的主要因素援 文中以孕酝酝粤渊责燥造赠皂鄄 摇 藻贼澡赠造皂藻贼澡葬糟则赠造葬贼藻冤材料为例袁利用多场耦合理论模 型袁针对超声振幅对焊接区温度场的影响进行了计 算和分析援 结果显示袁对于材料和导能筋尺寸一定 的器件袁超声波焊接过程存在临界振幅袁当超声振幅 低于该临界振幅时袁不管焊接时间多长袁都不能形成 收稿日期院圆园员源原园猿原圆愿 基金项目院国家自然科学基金资助项目渊缘员圆园缘源员源冤曰中央高校基本 科研业务费专项资金资助项目 渊员源悦载园圆员怨怨粤袁 员源悦载园圆园苑园粤冤曰辽宁省重点实验室开放基金资助项目