激光透射焊接是一种无接触、节能环保绿色的焊接方法,且具有焊接精度高、热影响区域小、强度高等特点,已成为现代工业发展必不可少的加工工艺。激光透射热塑性塑料焊接过程中的温度场是非稳态不均匀,基于理想接触表面的理论研究已不能满足生产实际的要求,需要考虑焊接接触表面的三维真实形貌。因此,针对三维真实形貌焊接参数对焊接质量影响的研究,对于进一步探明焊接过程中能量传输、转换过程以及焊缝的形成具有重要的理论,且对激光透射焊接技术的推广应用和装备设计具有深远的实际意义。(1)本文利用100W,120W,150W,800W,1000W五种型号的金相砂纸对PC表面进行打磨,获得不同粗糙度的表面,采集了各表面的二维轮廓特征,计算出不同表面分分形维数,探究了表面粗糙度与分形维数的关系,基于分形理论构建了不同表面粗糙度的PC表面的几何模型。(2)在三维真实接触表面的基础上,基于响应曲面法建立了焊缝宽度与焊缝处拉断力的数学模型,探究了焊接工艺参数(激光功率、焊接速度、夹紧力)以及透光试件厚度对焊接质量的交互式影响,并对模型进行了验证,得到了最优参数组合。(3)依据本文中激光透射焊接连接形式,自行设计了透射焊接专用气动夹具,通过控制单一参数变量进行实验,研究了工艺参数、透光试件厚度以及表面粗糙度对焊接质量的影响,得到了拉断力以及焊缝宽度随着激光功率、焊接速度、夹紧力、透光件厚度以及表面粗糙度的变化规律;通过对拉伸后断口的微观形貌的观测,确定断裂类型,从微观结构研究表面粗糙度与焊接强度的关系。(4)针对上层透光试件对于激光透过的过程,实验研究了不同厚度的PC试件对于激光的透射率,同时,针对下层材料表面吸收能量的过程,实验研究了不同表面质量对于波长为980nm的近红外线的反射以及吸收的影响,并与理论计算的吸收率进行比较,作为数值模拟过程中,不同表面质量对于热源的有效吸收系数。同时,确定了各热物理参量随温度变化情况,将其代入有限元模拟过程中,使得模拟过程更加贴近实际焊接过程。(5)通过MSC.Marc软件,以双椭球功率密度分布热源模型探究了不同网格大小对于粗糙PC表面温度场模拟结果的影响;以高斯面热源以及旋转高斯体热源的组合热源模型分别进行了无接触模型温度场研究以及设定接触传热系数的搭接焊温度场研究,分析了最高温度随激光功率和焊接速度的变化规律,结果表明模拟计算与实际焊接基本吻合。