5、AISI 304不锈钢薄板CO₂激光焊接瞬态热分析

AISI 304不锈钢薄板CO₂激光焊接瞬态热分析

1. 引言

在建筑和制造业中，许多产品都需要用到连接工艺，焊接就是通过熔合来连接金属或热塑性塑料的过程。与激光焊接相比，传统焊接方法如电弧焊、金属惰性气体保护焊（MIG）、埋弧焊（SAW）和钨极惰性气体保护焊（TIG）存在热影响区大、焊接速度低、残余应力和变形大等问题。

激光焊接可用于连接塑料、钢、铝合金和高温合金等具有宏观或微观厚度的材料。其高速和非接触焊接等优点，使其在汽车行业中备受关注，可用于汽车车身面板与子组件的拼接或缝焊。CO₂激光具有优异的光束质量、更好的吸收率和更高的效率，是工业中用于切割、焊接等的常用气体激光之一。

此前，对CO₂激光焊接过程的瞬态热分析研究较少。不同的研究从不同角度对CO₂激光焊接进行了探讨，如基于小孔理论的热 - 机械有限元模型用于确定铝部件CO₂激光搭接焊接时的残余应力、残余应变和变形；基于Fluent CFD软件的数值模型研究激光焊接过程中熔池与小孔的相互作用等。

2. 实验详情

本次实验使用最大功率为2.5 kW的连续波CO₂激光机（LVD，型号：Orion 3015）。试样采用AISI 304不锈钢，尺寸为100 mm × 100 mm × 1 mm。通过改变操作参数（激光功率和焊接速度）进行多次实验，以确定合适的参数范围。选择的焊接参数为激光功率（1.3、1.5和1.7 kW）和焊接速度（300、400和500 mm/min）。

为防止试样错位，采用钨极惰性气体保护焊（TIG）进行定位焊。使用工件夹具将样品固定在激光机床工作台上。通过K型热电偶连接数据采集系统（DAQ）记录试样表面的瞬态温度分布。焊接完成后，让焊接试样冷