聚丙烯（PP）激光透射焊接试验
一、实验目的
1、验证PP板与黑色改性PP板激光透射焊接的可行性；
2、针对影响焊缝形貌和质量的工艺因素，比如：激光功率、焊接速度、光斑直径等，设计对比焊接试验，找出各因素对焊缝形貌和质量的影响规律；
3、对焊缝进行金相显微观察，测试焊接接头剪切强度，找出最佳的焊接工艺参数范围。
二、实验原理
1、激光透射焊接原理
两塑料材料搭接在一起，当激光穿过上部透光的材料，加热下部具有一定吸光率的另一种材料塑料时，产生的热量促使紧密接触的两种材料熔化，在夹紧力的作用下，由于材料的扩散最终在界面形成瞬时渗透焊缝，如下图1所示。
图1 激光透射焊接原理图
2、塑料的透光性要求
为了实现激光焊接，待焊两塑料零件在特定波长下的光学吸收性能不应相同，上部零件应尽可能透射激光，底部零件应具有高的吸收率。研究表明，只有当透光材料对近红外激光的透过率达到50%以上，吸光材料的透光率在20%以下时，采用激光焊接技术才能获得优良的焊接效果。通过透光率测试发现，当厚度小于10mm时，聚丙烯PP对波长为808nm的激光的透光率能达到50%以上。另外，通过添加炭黑改性后的PP则能很好的吸收激光而作为吸光材料。 3、接头形式的选择
主要考虑对接和搭接两种方式。塑料有透光和吸光两类，如果采用对接形式，对于透光塑料而言，激光大部分穿透试板，虽然能焊透，但激光损失太大（如图2 a）；对于吸光塑料而言，激光照在塑料表面被吸收转化为热量，但塑料的热导率很小，热量不能很快向下传导，
因此很难焊透以获得牢固接头（如图2 b）。所以一般不采用对接形式，而是搭接形式。
(a) (b)
图2 激光对接焊示意图
4、激光器的选用
激光器的选择主要依据其产生的特定波长的激光能否有效透过上部塑料而被下部塑料所吸收。大部分本征塑料（未加吸光剂）能有效透过近红外激光（波长范围约为800~1070nm），能够产生此波段激光的激光器有：半导体激光器（810~940nm），YAG激光器（1060nm），光纤激光器（1000~2000nm），因此这三种激光器都能用于塑料的透射焊接。CO2激光器产生的激光波长为10600nm，极易被塑料吸收而出现塑料高温分解和燃烧现象，只适合于塑料薄膜的高速焊接（厚度小于1mm）。结合实验室实际情况，激光器选用IPG光纤激光器（激光波长1070nm）。
三、实验方案
1、实验材料
本次试验采用4mm厚PP板(白色)和4mm厚添加炭黑改性PP板（黑色），外形已做成标准拉伸试样，如图3所示。
图3 PP焊接试样
表1为PP的主要特性参数。可以看出，PP的焊接应该在晶体熔融温度Tm与热分解温度Td之间的区域范围。对于PP板来说，其熔融温度在168~174℃之内，而其热分解温度大约在360℃左右，其焊接的温度范围大约在190℃左右，焊接温度过高导致塑料热分解，温度过低会出现未熔合，因此在焊接过程中需要调节焊接参数，将焊接温度控制在所需范围之
内。
表1 PP的主要特性参数
材料
颜色
软化温度 ℃
PP 改性PP
白色 黑色
150
熔点 ℃ 170
热分解温度
℃ 360
密度 g/cm3 0.9
热导率 W/（m·K）
0.19
2、实验设备
实验过程中用到的设备主要包括：输出功率为0~4kW的IPG光纤激光器（型号YLR-4000）（包括水冷机、光纤传导光路、冷却水路等辅助设施）、Precitek YW50激光焊接头、数控行走机构、带压板工作台。 3、实验过程
工艺试验的目的是通过对热塑性塑料PP/改性PP做不同激光焊接条件下的试验，探讨工艺参数对焊缝尺寸、强度以及气孔等缺陷的影响，获得最佳工艺参数。通过分析，在有夹具夹持的条件下，发现影响塑料焊接效果的因素主要有以下三点：激光功率、焊接速度和激光光斑大小。在进行焊接工艺测试时，采用锁定其中两个变量，调节第三个变量的试验方法。其中激光光斑大小通过改变激光头与工作台的相对位置来调节，激光在焦点位置上的光斑直径为0.3mm，离焦量不同，光斑大小不同。激光功率从30W~90W变化，焊接速度从0.4m/min~1.2m/min变化，光斑直径调整至4mm保持不变。在焊接过程中，让激光器聚焦光束以一定速度扫描搭接好的PP/改性PP板，上部为透光PP，下部为吸光PP。焊接完成后的接头形貌如图4所示。
图4 PP激光透射焊接接头
四、实验结果及分析
1、金相实验
金相实验主要是通过显微镜进一步观察焊接质量。截取焊缝横截面制作金相试样，经过打磨和抛光，然后在显微镜下观察焊缝的厚度和宽度，有无焊接缺陷，如气孔、残余的热变
形等等。在体式显微镜下低倍观察PP/改性PP搭接焊接接头的典型横截面照片如图5所示。
PP
焊缝宽度
改性PP
图5 PP/改性PP搭接焊接接头横截面显微照片 （激光功率40W、焊接速度0.6m/min、光斑直径4mm）
表2 焊接工艺参数表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
激光功率（W）
40 40 40 40 40 30 60 70 80 90
焊接速度（m/min）
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
光斑直径（mm）
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
焊缝宽度（mm）
5.0 4.7 4.3 4.0 3.8 3.5 4.8 5.0 5.2 5.5
有无气孔 无 无 无 无 无 无 有 有 有 有
不同工艺参数及其所对应的焊缝宽度记录于表2。从表中可以看出，激光功率和焊接速度对焊缝宽度的影响。在其他参数不变的情况下，提高焊接速度，焊缝宽度减少；提高激光功率，焊缝宽度增大。这是因为，提高功率或降低速度会导致更高的能量积累和更强的能量扩散，从而得到更大更宽的焊缝。但是，在一定的光斑直径下，随着激光功率增加时，激光的能量密度也逐渐增大，当塑料吸收的能量过大时，焊缝中心则会出现高温热降解现象而产生气孔，如图6所示。
气孔
图6 PP焊缝中心的气孔
（激光功率60W，焊接速度0.8m/min，光斑直径4mm）
通过金相显微镜可以进一步观察焊缝中两种PP材料的熔合情况。在第2组实验中，PP焊缝成形良好，无气孔，如图7所示。我们截取焊接接头中a、b、c三处典型的金相照片进行分析，其中a、c为母材与焊缝的过渡区域，b为焊缝中心区域，a、c中的黑色部分为两板间隙，属于未熔合，焊缝中心b及焊缝两边熔合良好，基本无缺陷。
a
b c
图7 PP焊缝横截面金相照片(100×)
（激光功率40W、焊接速度0.6m/min、光斑直径4mm）
在第7~9组实验中，焊缝中均有气孔出现，这是由于能量输入过大，焊缝中心温度超过
PP热分解温度，材料发生了降解。典型气孔金相照片如图8所示，黑色部分为PP完全降解形成的孔洞，部分降解的区域呈银白色。
图8 PP焊缝中出现气孔（100×）
（激光功率60W、焊接速度0.8m/min、光斑直径4mm）
在第10组实验中，焊缝中出现较大空洞。这是因为能量输入继续增大，焊缝中心PP分解加剧，产生可燃性气体，由于两板间有空气的存在，当温度达到着火点时，材料出现燃烧产生空洞。典型金相照片如图9所示。
图9 PP焊缝中出现空洞（100×）
（激光功率90W、焊接速度0.8m/min、光斑直径4mm）
2、拉伸测试
拉伸测试在万能拉伸试验机上进行，剪切拉伸示意图如图10所示。拉伸试验主要测试焊接接头所能承受的最大拉力，搭接接头的拉伸强度通过剪切应力的大小来衡量，计算剪切应力大小公式如下：
式中：σ=
F
DL
σ——剪切应力（N/m2）；
F——施加在填充件与焊接件上使焊接件断裂的力（N）； D——焊缝宽度（m）； L——焊缝长度（m）；
图10 拉伸示意图
通过前面的分析，我们采用焊缝成形较好、基本无缺陷的焊接接头做拉伸测试，结果发现，激光功率或焊接速度的改变都会影响焊缝的剪切拉伸强度。当速度和光斑直径一定，激光功率为40W时，试样被拉断时的最大拉力为330N，换算成剪切强度即为7.0MPa；激光功率为50W时，试样被拉断时的最大拉力为360N，换算成剪切强度即为7.2MPa。焊缝断面形貌如下图所示：
（a）激光功率40W、焊接速度0.6 m/min、光斑直径
4mm
（b）激光功率50W、焊接速度0.6 m/min、光斑直径4mm
图11 PP焊缝断面形貌
从断面图可以看出，当焊缝被拉断时，白色PP板上仍残留有部分黑色PP，而黑色PP
板上也残留有白色PP，这说明两种材料在焊接时充分熔合，并形成了分子间的结合，而不是简单的粘连。另外，在焊缝中心位置出现了少量的烧蚀痕迹，这是因为实验中采用了透光率更高的PP板，因此在同样的焊接热输入条件下焊缝获得的能量更大，超过PP热分解温度后出现碳化，这也直接影响了焊缝质量，降低了焊缝强度。
为了提高焊缝强度，尝试在一组试样上焊两道后再进行拉伸测试。结果发现，当激光功率为40W、焊接速度0.6 m/min、光斑直径4mm时，一道焊缝的最大拉断力为330N，两道焊缝的最大拉断力为360N，两者的差别并不大。双道焊缝缝断面如下图所示。
图12 双道焊缝断面图
从理论上说，试样焊两道时增大了接头的熔化结合面，即剪切面面积，焊缝断裂时的最大拉力应该比一道焊缝时高出许多。假设同一焊接工艺参数下每条焊缝的熔化结合面积是相同的，最理想的状态是焊两道时接头的最大拉断力比焊一道时大一倍，但实际上很难达到。上述试验中两道焊缝的最大拉断力只比一道缝高出30N，出现这种现象的原因有两点：一方面，两道焊缝之间相隔一定距离（20mm），这个区域没有被完全压紧而存在一定间隙，并且在焊完一道后没有松开夹具释放焊接变形而继续焊第二道，导致焊接热应力的积累，因此在拉伸过程中会出现应力集中而降低接头强度；另一方面，在该工艺参数下焊缝中心发生了少量烧蚀导致焊缝不均匀及气孔的出现，所以焊两道会进一步加剧应力集中使焊缝强度达不到理想状态。因此，减少两道或多道焊缝的间隔距离和两板间隙，调整工艺参数和工艺过程，可以改善焊缝及其周围的应力状态，最终大幅提高两道或多道焊缝的抗剪能力。
五、总结及后续工作计划
与传统的塑料连接方法比如：化学胶粘、和热工具焊、超声波焊、振动焊等相比，塑料激光焊接体现出了其独特的优势，包括焊接过程中无振动和非接触，焊缝清洁美观且无残渣，复杂工况下高度灵活和适应性强等等。通过工艺试验我们发现，利用激光对搭接的聚丙烯材料进行透射焊接的这种新型塑料焊接方法是行之有效的。金相显微分析以及拉伸剪切强度测试结果表明，激光透射焊接的工艺参数直接影响塑料的焊缝成形和焊接强度，现将有关结论总结如下：
1. 激光功率和光斑直径对焊缝成形的影响
激光功率和光斑直径共同决定激光的能量密度。当光斑直径一定时，激光功率越大，激光能量密度越高；当激光功率一定时，光斑直径越小，激光能量密度越高。当能量密度过大时，超出了使塑料熔化所需要的能量，材料发生分解甚至碳化，焊缝中心会出现气孔以及烧蚀；当能量密度太低时，材料得不到熔融所需要的能量，所以又不能形成很好的焊接。只有当能量密度适中时，焊缝才会有良好的熔化宽度和深度。比如：使用光斑直径为4mm、功率为30~40W的光纤激光焊接时，得到的塑料焊缝基本无缺陷，熔深约5mm，熔宽约0.5mm。 2. 焊接速度对焊缝成形的影响
焊接速度直接影响焊缝的能量积累和扩散。在其他参数不变的情况下，提高焊接速度，焊缝宽度和深度减少；降低焊接速度，焊缝宽度和深度增大。当焊接速度超过0.4m/min后，焊缝的抗剪强度下降。 3. 焊缝成形对焊接强度的影响
焊缝成形的好坏主要取决于焊缝宽度和深度的大小、焊缝的均匀程度以及有无气孔、烧蚀等缺陷。焊缝越宽越深，接头结合面积越大，抗剪能力越强；焊缝不均匀和气孔等缺陷使得焊缝及其周围在拉伸过程中出现应力集中，降低接头剪切强度。 4. 多道焊缝对焊接强度的影响
理论上多道焊缝可以使接头的最大拉断力成倍增加，但实际上强度提高的程度与具体的调整工艺参数和工艺过程有很大关系。多道焊缝的间隔距离和板间缝隙会削弱接头的抗剪能力，但总体来说，可以通过多道焊接来改善塑料单道焊缝强度不足的缺点。
在前期的研究工作基础上，今后还需要开展的工作主要有以下几点： 1. 改善焊接工艺，进一步提高焊接强度
由于本次试验中所有焊缝熔深都不超过0.5mm，而且所采用的激光功率密度偏大，所以在下轮试验中通过增大光斑直径来降低功率密度，减小焊接速度以获得更大熔深，最终提高焊缝抗剪能力。 2. 对焊缝组织进行分析
本文虽然对焊缝进行了金相显微观察，但没有分析塑料熔化、分解和凝固时微观组织和成分的变化。对焊缝组织进行分析，可以进一步提高塑料激光焊接这一课题的理论深度。 3. 添加吸光剂的激光透射焊接研究
如果对两种透光塑料材料进行激光透射焊接时，则需要在两板间添加吸光剂。吸光剂对焊接质量的影响如何，也是值得研究的一个方向。 4. 其他种类热塑性塑料的激光焊接研究
除了PP材料外，还有许多热塑性塑料也可以进行激光透射焊接，比如：PMMA，ABS，PC，PE，PA6以及PA66等等。
聚丙烯（PP）激光透射焊接试验
一、实验目的
1、验证PP板与黑色改性PP板激光透射焊接的可行性；
2、针对影响焊缝形貌和质量的工艺因素，比如：激光功率、焊接速度、光斑直径等，设计对比焊接试验，找出各因素对焊缝形貌和质量的影响规律；
3、对焊缝进行金相显微观察，测试焊接接头剪切强度，找出最佳的焊接工艺参数范围。
二、实验原理
1、激光透射焊接原理
两塑料材料搭接在一起，当激光穿过上部透光的材料，加热下部具有一定吸光率的另一种材料塑料时，产生的热量促使紧密接触的两种材料熔化，在夹紧力的作用下，由于材料的扩散最终在界面形成瞬时渗透焊缝，如下图1所示。
图1 激光透射焊接原理图
2、塑料的透光性要求
为了实现激光焊接，待焊两塑料零件在特定波长下的光学吸收性能不应相同，上部零件应尽可能透射激光，底部零件应具有高的吸收率。研究表明，只有当透光材料对近红外激光的透过率达到50%以上，吸光材料的透光率在20%以下时，采用激光焊接技术才能获得优良的焊接效果。通过透光率测试发现，当厚度小于10mm时，聚丙烯PP对波长为808nm的激光的透光率能达到50%以上。另外，通过添加炭黑改性后的PP则能很好的吸收激光而作为吸光材料。 3、接头形式的选择
主要考虑对接和搭接两种方式。塑料有透光和吸光两类，如果采用对接形式，对于透光塑料而言，激光大部分穿透试板，虽然能焊透，但激光损失太大（如图2 a）；对于吸光塑料而言，激光照在塑料表面被吸收转化为热量，但塑料的热导率很小，热量不能很快向下传导，
因此很难焊透以获得牢固接头（如图2 b）。所以一般不采用对接形式，而是搭接形式。
(a) (b)
图2 激光对接焊示意图
4、激光器的选用
激光器的选择主要依据其产生的特定波长的激光能否有效透过上部塑料而被下部塑料所吸收。大部分本征塑料（未加吸光剂）能有效透过近红外激光（波长范围约为800~1070nm），能够产生此波段激光的激光器有：半导体激光器（810~940nm），YAG激光器（1060nm），光纤激光器（1000~2000nm），因此这三种激光器都能用于塑料的透射焊接。CO2激光器产生的激光波长为10600nm，极易被塑料吸收而出现塑料高温分解和燃烧现象，只适合于塑料薄膜的高速焊接（厚度小于1mm）。结合实验室实际情况，激光器选用IPG光纤激光器（激光波长1070nm）。
三、实验方案
1、实验材料
本次试验采用4mm厚PP板(白色)和4mm厚添加炭黑改性PP板（黑色），外形已做成标准拉伸试样，如图3所示。
图3 PP焊接试样
表1为PP的主要特性参数。可以看出，PP的焊接应该在晶体熔融温度Tm与热分解温度Td之间的区域范围。对于PP板来说，其熔融温度在168~174℃之内，而其热分解温度大约在360℃左右，其焊接的温度范围大约在190℃左右，焊接温度过高导致塑料热分解，温度过低会出现未熔合，因此在焊接过程中需要调节焊接参数，将焊接温度控制在所需范围之
内。
表1 PP的主要特性参数
材料
颜色
软化温度 ℃
PP 改性PP
白色 黑色
150
熔点 ℃ 170
热分解温度
℃ 360
密度 g/cm3 0.9
热导率 W/（m·K）
0.19
2、实验设备
实验过程中用到的设备主要包括：输出功率为0~4kW的IPG光纤激光器（型号YLR-4000）（包括水冷机、光纤传导光路、冷却水路等辅助设施）、Precitek YW50激光焊接头、数控行走机构、带压板工作台。 3、实验过程
工艺试验的目的是通过对热塑性塑料PP/改性PP做不同激光焊接条件下的试验，探讨工艺参数对焊缝尺寸、强度以及气孔等缺陷的影响，获得最佳工艺参数。通过分析，在有夹具夹持的条件下，发现影响塑料焊接效果的因素主要有以下三点：激光功率、焊接速度和激光光斑大小。在进行焊接工艺测试时，采用锁定其中两个变量，调节第三个变量的试验方法。其中激光光斑大小通过改变激光头与工作台的相对位置来调节，激光在焦点位置上的光斑直径为0.3mm，离焦量不同，光斑大小不同。激光功率从30W~90W变化，焊接速度从0.4m/min~1.2m/min变化，光斑直径调整至4mm保持不变。在焊接过程中，让激光器聚焦光束以一定速度扫描搭接好的PP/改性PP板，上部为透光PP，下部为吸光PP。焊接完成后的接头形貌如图4所示。
图4 PP激光透射焊接接头
四、实验结果及分析
1、金相实验
金相实验主要是通过显微镜进一步观察焊接质量。截取焊缝横截面制作金相试样，经过打磨和抛光，然后在显微镜下观察焊缝的厚度和宽度，有无焊接缺陷，如气孔、残余的热变
形等等。在体式显微镜下低倍观察PP/改性PP搭接焊接接头的典型横截面照片如图5所示。
PP
焊缝宽度
改性PP
图5 PP/改性PP搭接焊接接头横截面显微照片 （激光功率40W、焊接速度0.6m/min、光斑直径4mm）
表2 焊接工艺参数表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
激光功率（W）
40 40 40 40 40 30 60 70 80 90
焊接速度（m/min）
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
光斑直径（mm）
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
焊缝宽度（mm）
5.0 4.7 4.3 4.0 3.8 3.5 4.8 5.0 5.2 5.5
有无气孔 无 无 无 无 无 无 有 有 有 有
不同工艺参数及其所对应的焊缝宽度记录于表2。从表中可以看出，激光功率和焊接速度对焊缝宽度的影响。在其他参数不变的情况下，提高焊接速度，焊缝宽度减少；提高激光功率，焊缝宽度增大。这是因为，提高功率或降低速度会导致更高的能量积累和更强的能量扩散，从而得到更大更宽的焊缝。但是，在一定的光斑直径下，随着激光功率增加时，激光的能量密度也逐渐增大，当塑料吸收的能量过大时，焊缝中心则会出现高温热降解现象而产生气孔，如图6所示。
气孔
图6 PP焊缝中心的气孔
（激光功率60W，焊接速度0.8m/min，光斑直径4mm）
通过金相显微镜可以进一步观察焊缝中两种PP材料的熔合情况。在第2组实验中，PP焊缝成形良好，无气孔，如图7所示。我们截取焊接接头中a、b、c三处典型的金相照片进行分析，其中a、c为母材与焊缝的过渡区域，b为焊缝中心区域，a、c中的黑色部分为两板间隙，属于未熔合，焊缝中心b及焊缝两边熔合良好，基本无缺陷。
a
b c
图7 PP焊缝横截面金相照片(100×)
（激光功率40W、焊接速度0.6m/min、光斑直径4mm）
在第7~9组实验中，焊缝中均有气孔出现，这是由于能量输入过大，焊缝中心温度超过
PP热分解温度，材料发生了降解。典型气孔金相照片如图8所示，黑色部分为PP完全降解形成的孔洞，部分降解的区域呈银白色。
图8 PP焊缝中出现气孔（100×）
（激光功率60W、焊接速度0.8m/min、光斑直径4mm）
在第10组实验中，焊缝中出现较大空洞。这是因为能量输入继续增大，焊缝中心PP分解加剧，产生可燃性气体，由于两板间有空气的存在，当温度达到着火点时，材料出现燃烧产生空洞。典型金相照片如图9所示。
图9 PP焊缝中出现空洞（100×）
（激光功率90W、焊接速度0.8m/min、光斑直径4mm）
2、拉伸测试
拉伸测试在万能拉伸试验机上进行，剪切拉伸示意图如图10所示。拉伸试验主要测试焊接接头所能承受的最大拉力，搭接接头的拉伸强度通过剪切应力的大小来衡量，计算剪切应力大小公式如下：
式中：σ=
F
DL
σ——剪切应力（N/m2）；
F——施加在填充件与焊接件上使焊接件断裂的力（N）； D——焊缝宽度（m）； L——焊缝长度（m）；
图10 拉伸示意图
通过前面的分析，我们采用焊缝成形较好、基本无缺陷的焊接接头做拉伸测试，结果发现，激光功率或焊接速度的改变都会影响焊缝的剪切拉伸强度。当速度和光斑直径一定，激光功率为40W时，试样被拉断时的最大拉力为330N，换算成剪切强度即为7.0MPa；激光功率为50W时，试样被拉断时的最大拉力为360N，换算成剪切强度即为7.2MPa。焊缝断面形貌如下图所示：
（a）激光功率40W、焊接速度0.6 m/min、光斑直径
4mm
（b）激光功率50W、焊接速度0.6 m/min、光斑直径4mm
图11 PP焊缝断面形貌
从断面图可以看出，当焊缝被拉断时，白色PP板上仍残留有部分黑色PP，而黑色PP
板上也残留有白色PP，这说明两种材料在焊接时充分熔合，并形成了分子间的结合，而不是简单的粘连。另外，在焊缝中心位置出现了少量的烧蚀痕迹，这是因为实验中采用了透光率更高的PP板，因此在同样的焊接热输入条件下焊缝获得的能量更大，超过PP热分解温度后出现碳化，这也直接影响了焊缝质量，降低了焊缝强度。
为了提高焊缝强度，尝试在一组试样上焊两道后再进行拉伸测试。结果发现，当激光功率为40W、焊接速度0.6 m/min、光斑直径4mm时，一道焊缝的最大拉断力为330N，两道焊缝的最大拉断力为360N，两者的差别并不大。双道焊缝缝断面如下图所示。
图12 双道焊缝断面图
从理论上说，试样焊两道时增大了接头的熔化结合面，即剪切面面积，焊缝断裂时的最大拉力应该比一道焊缝时高出许多。假设同一焊接工艺参数下每条焊缝的熔化结合面积是相同的，最理想的状态是焊两道时接头的最大拉断力比焊一道时大一倍，但实际上很难达到。上述试验中两道焊缝的最大拉断力只比一道缝高出30N，出现这种现象的原因有两点：一方面，两道焊缝之间相隔一定距离（20mm），这个区域没有被完全压紧而存在一定间隙，并且在焊完一道后没有松开夹具释放焊接变形而继续焊第二道，导致焊接热应力的积累，因此在拉伸过程中会出现应力集中而降低接头强度；另一方面，在该工艺参数下焊缝中心发生了少量烧蚀导致焊缝不均匀及气孔的出现，所以焊两道会进一步加剧应力集中使焊缝强度达不到理想状态。因此，减少两道或多道焊缝的间隔距离和两板间隙，调整工艺参数和工艺过程，可以改善焊缝及其周围的应力状态，最终大幅提高两道或多道焊缝的抗剪能力。
五、总结及后续工作计划
与传统的塑料连接方法比如：化学胶粘、和热工具焊、超声波焊、振动焊等相比，塑料激光焊接体现出了其独特的优势，包括焊接过程中无振动和非接触，焊缝清洁美观且无残渣，复杂工况下高度灵活和适应性强等等。通过工艺试验我们发现，利用激光对搭接的聚丙烯材料进行透射焊接的这种新型塑料焊接方法是行之有效的。金相显微分析以及拉伸剪切强度测试结果表明，激光透射焊接的工艺参数直接影响塑料的焊缝成形和焊接强度，现将有关结论总结如下：
1. 激光功率和光斑直径对焊缝成形的影响
激光功率和光斑直径共同决定激光的能量密度。当光斑直径一定时，激光功率越大，激光能量密度越高；当激光功率一定时，光斑直径越小，激光能量密度越高。当能量密度过大时，超出了使塑料熔化所需要的能量，材料发生分解甚至碳化，焊缝中心会出现气孔以及烧蚀；当能量密度太低时，材料得不到熔融所需要的能量，所以又不能形成很好的焊接。只有当能量密度适中时，焊缝才会有良好的熔化宽度和深度。比如：使用光斑直径为4mm、功率为30~40W的光纤激光焊接时，得到的塑料焊缝基本无缺陷，熔深约5mm，熔宽约0.5mm。 2. 焊接速度对焊缝成形的影响
焊接速度直接影响焊缝的能量积累和扩散。在其他参数不变的情况下，提高焊接速度，焊缝宽度和深度减少；降低焊接速度，焊缝宽度和深度增大。当焊接速度超过0.4m/min后，焊缝的抗剪强度下降。 3. 焊缝成形对焊接强度的影响
焊缝成形的好坏主要取决于焊缝宽度和深度的大小、焊缝的均匀程度以及有无气孔、烧蚀等缺陷。焊缝越宽越深，接头结合面积越大，抗剪能力越强；焊缝不均匀和气孔等缺陷使得焊缝及其周围在拉伸过程中出现应力集中，降低接头剪切强度。 4. 多道焊缝对焊接强度的影响
理论上多道焊缝可以使接头的最大拉断力成倍增加，但实际上强度提高的程度与具体的调整工艺参数和工艺过程有很大关系。多道焊缝的间隔距离和板间缝隙会削弱接头的抗剪能力，但总体来说，可以通过多道焊接来改善塑料单道焊缝强度不足的缺点。
在前期的研究工作基础上，今后还需要开展的工作主要有以下几点： 1. 改善焊接工艺，进一步提高焊接强度
由于本次试验中所有焊缝熔深都不超过0.5mm，而且所采用的激光功率密度偏大，所以在下轮试验中通过增大光斑直径来降低功率密度，减小焊接速度以获得更大熔深，最终提高焊缝抗剪能力。 2. 对焊缝组织进行分析
本文虽然对焊缝进行了金相显微观察，但没有分析塑料熔化、分解和凝固时微观组织和成分的变化。对焊缝组织进行分析，可以进一步提高塑料激光焊接这一课题的理论深度。 3. 添加吸光剂的激光透射焊接研究
如果对两种透光塑料材料进行激光透射焊接时，则需要在两板间添加吸光剂。吸光剂对焊接质量的影响如何，也是值得研究的一个方向。 4. 其他种类热塑性塑料的激光焊接研究
除了PP材料外，还有许多热塑性塑料也可以进行激光透射焊接，比如：PMMA，ABS，PC，PE，PA6以及PA66等等。