激光透射焊接技术具有的诸多优势使其已广泛应用于聚合物之间的连接,然而当前激光透射焊接扫描路径单一,缺乏系统研究。本文首先使用直线、正弦、螺旋三个焊接路径对聚合物进行激光透射焊接实验研究与温度场数值模拟。随后对直线、螺旋路径焊接进行了热致应力数值模拟和盲孔法残余应力测量,对比两者残余应力形成过程与分布规律。最后对形成接头性能最优的螺旋路径焊接使用响应曲面法对其主要工艺参数组合进行数学建模与优化分析。主要的研究工作与成果归纳如下:首先,本文使用常用的直线路径与正弦、螺旋两种摆动路径对聚合物进行激光透射焊接对比实验,测量形成接头的强度,观察焊接后接头熔池形貌;利用ABAQUS仿真数值模拟软件进行直线、螺旋两种路径的温度场数值模拟;结合实验与温度场揭示不同焊接路径焊接后聚合物连接接头形成机理。实验结果表明,三种焊接路径中,通过螺旋路径焊接得到的接头性能最高,相比常用的直线路径焊接接头强度提高超过50%,而正弦路径焊接形成的接头性能最差。其中直线路径焊接形成熔池深宽比较小,玻纤较少;正弦路径焊接熔池中均存在大气泡,严重影响接头质量;而螺旋路径焊接形成的熔池均具有较高的深宽比,熔池中的玻纤含量更多,熔池中气泡产生率更低。温度场数值模拟结果表明,螺旋焊接路径比直线焊接路径具有更高的焊接稳定性;直线路径焊接初始位置温度较低,发生欠焊,末端位置温度较高,导致聚合物烧灼分解;而螺旋路径焊接过程中温度场较为均匀,实验中焊缝也未出现欠焊现象。综合来看螺旋路径焊接具有独特的优势性。其次,对直线与螺旋路径焊接过程的应力场进行数值模拟,并使用盲孔法测量两者残余应力。揭示了两者的热应力形成过程和残余应力分布规律。结果表明,在加热过程中,直线路径焊接熔池中应力呈现矩形前进,最大等效应力出现在焊缝两侧以及熔池后端两侧;螺旋路径焊接熔池中应力呈现拖尾状前进,最大等效应力出现在熔池前部激光首次经过的区域两端与熔池后端较远处的焊缝中;加热过程中螺旋路径焊接的各向压应力相比直线路径焊接分布更为均匀。在冷却过程中,直线路径焊接形成相对焊缝对称的残余应力分布,螺旋路径焊接形成两端呈现波浪状的残余应力分布。冷却完成后,直线路径焊接的横向上发现焊缝内均为拉应力,焊缝两侧为压应力;纵向上首尾两端与中间稳定位置形成较大的应力梯度。而螺旋路径焊接在横向上出现局部压应力;纵向上并不会在首位位置形成较大应力梯度,焊缝中少量位置会产生横向压应力,可以推断此处的疲劳强度有所提高。总之螺旋焊接具有更优的残余应力分布趋势。最后,对最优的螺旋路径焊接工艺参数进行了单因素实验研究,揭示了不同工艺参数对螺旋路径焊接性能的影响趋势,并为工艺参数优化提供基础。实验结果表明,焊接速度、螺旋周期和螺旋振幅对于螺旋路径焊接后接头强度均呈现先增后减的趋势;利用Design-Expert软件中响应曲面法建立了激光功率、焊接速度、螺旋振幅、螺旋周期对接头强度影响的数学模型,通过方差分析计算揭示出功率-速度、速度-振幅、速度-周期、振幅-周期这四组组合对接头强度的交互性影响最为显著。基于接头强度最高的优化准则,对四个工艺参数进行组合计算,得到的最优工艺参数组合,为以后的工业生产提供指导作用。本文结合实验与数值模拟分析了不同路径的激光透射焊接聚合物的接头形成机理,得出了最优路径为螺旋路径,并对其进行工艺参数优化分析,为今后激光透射焊接路径研究提供理论基础,并对实际生产提供了指导作用。