胡亞光 汪選國(guó) 段愛(ài)琴 馬旭頤

1.武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢，4300702.北京航空制造工程研究所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100024

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焊接參數(shù)對(duì)304不銹鋼激光焊接溫度場(chǎng)分布特征的影響

胡亞光1,2汪選國(guó)1段愛(ài)琴2馬旭頤2

1.武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢，4300702.北京航空制造工程研究所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100024

采用紅外熱像測(cè)量的方法，跟蹤拍攝304不銹鋼激光焊接的過(guò)程，研究激光焊接參數(shù)對(duì)304不銹鋼焊接溫度場(chǎng)特征的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，激光功率一定時(shí)，隨焊接速度的減小，熔化區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度增大，但溫度場(chǎng)分布的基本特征未變；焊接速度一定時(shí)，隨激光功率的增大，焊縫正面溫度場(chǎng)的整體溫度升高，特別是熔池后端次高溫區(qū)的溫度顯著升高和面積顯著增大，但溫度場(chǎng)分布的基本特征未變；輸入線能量相近時(shí)，高功率/高速度組合的“小孔”區(qū)域溫度較高，低功率/低速度組合的次高溫區(qū)域的溫度較高、面積較大，但是后端焊縫區(qū)域的溫度較低。

光纖激光焊接；304不銹鋼；溫度場(chǎng)；紅外熱像

0 引言

對(duì)于所有熔焊來(lái)說(shuō)，一般都要經(jīng)歷加熱、熔化、冶金反應(yīng)、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變，直至形成焊接接頭，其機(jī)制是被焊金屬在熱源作用下發(fā)生局部受熱和熔化，從而使整個(gè)焊接過(guò)程自始至終都在焊接溫度場(chǎng)中發(fā)生和發(fā)展[1]。焊接溫度場(chǎng)通常是動(dòng)態(tài)的，其溫度分布及動(dòng)態(tài)變化過(guò)程與焊接接頭的形態(tài)、金相組織、性能以及應(yīng)力變形等有著非常密切的關(guān)系[2]。

近年來(lái)，各國(guó)科研人員在不銹鋼激光焊接溫度場(chǎng)的研究方面開(kāi)展了大量的工作[3-9]。韓國(guó)明等[10]利用ANSYS對(duì)304不銹鋼激光焊接溫度場(chǎng)的分布進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，模擬得到的等溫線呈橢球形，在移動(dòng)熱源的前方等溫線密集，溫度梯度較大，在熱源的后方等溫線稀疏，溫度梯度小。SHANMUGAM等[11]使用ANSYS軟件對(duì)焊接溫度場(chǎng)和熔池形狀的變化發(fā)展進(jìn)行模擬，并與改變激光參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)照，發(fā)現(xiàn)有限元模擬的結(jié)果與觀測(cè)到的現(xiàn)象基本一致。姜澤東等[12]使用ANSYS軟件對(duì)不銹鋼薄板脈沖激光焊接的熱過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值動(dòng)態(tài)模擬，分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接溫度場(chǎng)的影響，結(jié)果表明，熔池的尺寸隨輸入能量的增大其長(zhǎng)大速度明顯加快，并且焊接速度對(duì)熔深和熔寬的影響較為顯著。

上述有關(guān)不銹鋼激光焊接溫度場(chǎng)的研究豐富了焊接溫度場(chǎng)方面的理論知識(shí)，但使用的都是數(shù)值模擬的方法，難以給人直觀上的認(rèn)識(shí)。相比于此，激光焊接溫度場(chǎng)的實(shí)測(cè)技術(shù)難度比較大，主要原因是：激光焊接時(shí)熱源密度高度集中，溫度場(chǎng)分布非常不均勻，另外,焊接時(shí)存在高溫金屬蒸氣和等離子體[13-15]。筆者利用紅外熱像測(cè)量技術(shù)，對(duì)光纖激光焊接304不銹鋼的溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程進(jìn)行了圖像記錄和分析，獲得了焊縫正面溫度場(chǎng)的量化特征及動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，并深入研究了焊接速度、激光功率對(duì)正面溫度場(chǎng)的影響，其研究結(jié)果對(duì)于實(shí)際焊接工藝的制訂具有指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料為304不銹鋼，該材料熔點(diǎn)為1693 K，沸點(diǎn)為3375 K。試樣尺寸為245 mm×95 mm×1.5 mm，采用金屬清洗劑與酸洗液清洗，去除油污與氧化膜，焊前用酒精擦拭干凈，進(jìn)行光纖激光焊接試驗(yàn)。材料主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 304不銹鋼主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

本試驗(yàn)所用焊接設(shè)備由光纖激光器、激光聚焦焊接頭、ABB機(jī)械手以及卡具組成。激光器為IPG公司生產(chǎn)的YLS-5000光纖激光器，增益介質(zhì)為摻鐿玻璃光纖，以5 kHz連續(xù)脈沖調(diào)制方式工作，最大輸出功率為5 kW，激光波長(zhǎng)為1070 nm，光束質(zhì)量BPP(beam parameter product)為4 μm·rad，聚焦光斑直徑為0.3 mm，激光束采用光纖傳輸。

本試驗(yàn)采用同軸氬氣進(jìn)行保護(hù)，改變激光功率和焊接速度，研究光纖激光焊接304不銹鋼的溫度場(chǎng)特征及其與焊接參數(shù)的關(guān)系。試驗(yàn)方法為試板對(duì)接焊，使用FLIR SC7000型紅外熱像儀對(duì)焊接過(guò)程的正面溫度場(chǎng)進(jìn)行記錄，該熱像儀像素為640 pixel×512 pixel，試驗(yàn)中采用的溫度測(cè)量范圍為500～1500 ℃，拍攝速度為200 Hz。紅外熱像儀與焊件成45°于斜上方進(jìn)行拍攝，如圖1所示。直接測(cè)量的紅外熱像溫度誤差很大，必須進(jìn)行校準(zhǔn)，本文的所有溫度場(chǎng)圖像和曲線結(jié)果都采用了同一輻射率進(jìn)行校準(zhǔn)。由于輻射率受材料表面狀態(tài)及焊接環(huán)境的影響較大，因此校準(zhǔn)后的溫度與實(shí)際溫度依然不可避免地會(huì)存在誤差。

圖1 激光焊接測(cè)量示意圖Fig.1 Schematic diagram of laser welding

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 典型焊接參數(shù)下304不銹鋼正面溫度場(chǎng)特征

選擇焊接參數(shù)為激光功率P=2 kW，焊接速度v=2.1 m/min，同軸氬氣保護(hù)的焊接過(guò)程為研究對(duì)象，通過(guò)所拍攝的正面溫度場(chǎng)圖像，研究典型參數(shù)下焊縫正面溫度場(chǎng)分布特征及動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。

圖2為該參數(shù)下實(shí)測(cè)的焊縫正面溫度場(chǎng)圖像，圖3為沿焊縫中心線L的溫度分布結(jié)果。從圖2及圖3中可以發(fā)現(xiàn)，光纖激光焊接304不銹鋼時(shí)，溫度場(chǎng)具有如下特征:①加熱速度非?？?，熔池前端溫度梯度非常大。圖3表明，從最低溫區(qū)域到溫度達(dá)到1800 ℃的距離僅為4.4 mm。②在激光入射處，形成直徑為0.73 mm的“小孔”高溫區(qū)域(區(qū)域A)，該區(qū)域的溫度明顯高于其他區(qū)域溫度，在其邊緣形成明顯的溫度梯度，圖3的曲線也清楚地表明了這一點(diǎn)。在高溫區(qū)后有一個(gè)明顯的溫度下降，由文獻(xiàn)[16]可知該區(qū)域表征的是小孔的氣態(tài)和熔池的液態(tài)分界面，二者不同的熱特征使之產(chǎn)生很大的溫度梯度；③在熔池的后端存在一個(gè)次高溫區(qū)(區(qū)域C)，該區(qū)域可能是受熔池流動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的影響所致。圖3的曲線也清楚地表明在小孔高溫區(qū)域外，在后方形成了一個(gè)次高溫區(qū)(區(qū)域C)，其溫度與被焊材料的熔點(diǎn)(1420 ℃)接近，而在區(qū)域A和區(qū)域C之間存在一個(gè)相對(duì)低溫區(qū)域(區(qū)域B)，其溫度低于熔點(diǎn)，在1000 ℃左右。這是因?yàn)楹缚p正面受到保護(hù)氣體的冷卻作用，在中間區(qū)域形成了表面凝固層，故區(qū)域B所測(cè)溫度低于熔點(diǎn)。而在熔池的后端，由于受到熔池波動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力的作用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)液態(tài)的熔池區(qū)域(區(qū)域C)。

圖2 焊縫正面溫度場(chǎng)圖像Fig.2 Temperature field image of weld surface

圖3 沿焊縫中心線L的溫度分布結(jié)果Fig.3 The results of temperature distribution along the centerline of the weld seam

為了進(jìn)一步研究垂直于焊縫方向的溫度分布情況，取距離“小孔”長(zhǎng)度分別為s1=0、s2=0.41 mm、s3=1.80 mm、s4=5.96 mm、s5=9.80 mm、s6=13.63 mm等六個(gè)特征位置處垂直于焊縫方向的溫度分布曲線進(jìn)行研究，如圖4、圖5所示。s1=0時(shí)，表征的是小孔中心(或激光入射位置)處垂直于焊縫方向的正面溫度場(chǎng)分布，由圖5可知，此時(shí)中心區(qū)域溫度高，邊緣溫度梯度大；s2=0.41 mm處，是小孔高溫區(qū)域后沿位置，此時(shí)的溫度分布特點(diǎn)是中心點(diǎn)溫度高，接近熔點(diǎn)，溫度幾乎呈線性下降，其溫度梯度與小孔區(qū)域的邊緣溫度梯度相似；s3=1.8 mm時(shí)的曲線，則具有表面低溫區(qū)域(區(qū)域B)的典型橫向溫度分布特征，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)溫度都低于1100 ℃，溫度分布呈波浪形，具有兩個(gè)波峰，處于熔合線位置附近，在焊縫中心存在一個(gè)波谷，溫度在1000 ℃左右；s4=5.96 mm時(shí)的曲線代表的是次高溫區(qū)域的典型溫度分布情況，此時(shí)溫度幾乎呈對(duì)稱分布，最高峰值處于焊縫中心位置，溫度接近熔點(diǎn)；s5=9.80 mm和s6=13.63 mm則為處于冷卻階段的位置，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)在熱傳導(dǎo)效應(yīng)作用下，焊縫中間溫度減小，熔合線位置溫度梯度也逐漸減小，溫度場(chǎng)沿焊縫中心幾乎呈對(duì)稱分布。

圖4 垂直于焊縫方向的溫度分布取樣圖Fig.4 Sampling plan of temperature distribution perpendicular to the weld direction

圖5 垂直于焊縫方向的溫度分布曲線(不同位置時(shí))Fig.5 Vertical temperature distribution curve (different positions)

以上的研究，針對(duì)的是焊接過(guò)程中一個(gè)典型的瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布情況，接下來(lái)根據(jù)其連續(xù)過(guò)程的圖像和數(shù)據(jù)，分析光纖激光焊接304不銹鋼時(shí)焊縫正面溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)演變特征和規(guī)律。

圖6是拍攝到的一組時(shí)間間隔為5 ms的焊縫正面溫度場(chǎng)連續(xù)變化圖像。觀察在此焊接條件下的這些圖像可以發(fā)現(xiàn):①小孔及其周?chē)?區(qū)域A)的溫度場(chǎng)分布在所拍攝到的焊接過(guò)程中基本保持不變，表明盡管小孔的開(kāi)合會(huì)周期性地變化，但是它對(duì)其周?chē)暮缚p正面溫度場(chǎng)影響比較小。②在熔池的后端都存在一個(gè)次高溫區(qū)域(區(qū)域C)，其位置基本保持不變，但具體的溫度分布在不同時(shí)刻有所變化，這種溫度分布形態(tài)的變化與熔池的波動(dòng)相關(guān)。③在所有的圖中都可以發(fā)現(xiàn)相對(duì)低溫區(qū)域(區(qū)域B)的存在。所有這些特征表明，盡管在激光焊接過(guò)程中，金屬蒸氣/等離子體和熔池在不斷地變化，但是形成的正面溫度場(chǎng)，其穩(wěn)定性和一致性卻比較好。

圖6 實(shí)測(cè)焊縫正面溫度場(chǎng)演變過(guò)程(圖像間隔5 ms；P=2 kW, v=2.1 m/min)Fig.6 The evolution of the temperature field of the weld(time span is 5 ms; P=2 kW,v=2.1 m/min)

進(jìn)一步研究距離焊縫中心不同距離的熱歷程，選擇距焊縫中心0、0.56 mm、1.24 mm、2.14 mm四個(gè)不同位置的熱循環(huán)曲線進(jìn)行深入的量化分析(圖7)。從圖7b可以發(fā)現(xiàn):①在焊縫中心點(diǎn)，從低溫升至最高溫僅需40 ms，而焊縫中心溫度下降到400 ℃左右，僅需5 s。②在距離焊縫中心不同距離處，其曲線在1 s之內(nèi)有很大的差異性，但在之后開(kāi)始慢慢接近，趨于一致。③在距離焊縫中心2.14 mm處，其最高溫度低于600 ℃。

(a)距焊縫中心不同位置分布圖

(b)距焊縫中心不同位置的熱循環(huán)曲線圖7 距焊縫中心線不同位置的分布圖及其熱循環(huán)曲線(P=2 kW, v=2.1 m/min)Fig.7 The distribution of the different positions of the centerline and the thermal cycling curve(P=2 kW, v=2.1 m/min)

2.2 不同焊接速度對(duì)焊縫正面溫度場(chǎng)的影響

圖8為激光功率P=2.2 kW，焊接速度分別為v=2.4 m/min和v=1.8 m/min時(shí)，實(shí)測(cè)所獲得的焊縫正面溫度場(chǎng)圖像，圖9為不同焊接速度下沿焊縫正面中心線的溫度分布對(duì)比曲線，圖10

(a)P=2.2 kW,v=2.4 m/min

(b)P=2.2 kW,v=1.8 m/min圖8 不同焊接速度下，實(shí)測(cè)焊縫正面溫度場(chǎng)圖像對(duì)比Fig.8 The contrast of the temperature field of the weld in different welding speed

圖9 不同焊接速度下沿焊縫正面中心線溫度分布對(duì)比曲線Fig.9 Curves of temperature distribution along the center line of the weld front at different welding speeds

為以上過(guò)程所對(duì)應(yīng)的焊縫剖面圖。從圖10中可以看出:在激光功率不變的前提下，當(dāng)焊接速度由v=2.4 m/min減小至v=1.8 m/min時(shí)，焊縫的正面熔寬及束腰直徑均顯著增大，但背面熔寬變化不大，這表明焊接速度與接頭形貌密切相關(guān)。從圖9、圖10中可以發(fā)現(xiàn)：①不同焊接速度下，在熔池前端(激光入射處)都存在一個(gè)明顯的高溫區(qū)域(區(qū)域A)，該區(qū)域的溫度明顯高于其他區(qū)域，形成很大的溫度梯度，該區(qū)域即激光焊接的“小孔”區(qū)域。該區(qū)域的形狀隨焊接速度的變化略有不同，但大致都呈不規(guī)則的橢球形。②不同焊接速度下，在熔池的后端都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)次高溫區(qū)(區(qū)域C)，以及在“小孔”高溫區(qū)后形成一個(gè)低溫區(qū)(區(qū)域B)。這一現(xiàn)象在圖9的沿焊縫中心的溫度分布曲線上表現(xiàn)得更加清楚。從圖9中可以發(fā)現(xiàn)，在v=2.4 m/min時(shí)，區(qū)域B及區(qū)域C的整體溫度相較v=1.8 m/min時(shí)都更低，溫度梯度也較緩。焊接速度為v=1.8 m/min時(shí)，次高溫區(qū)在熔點(diǎn)以上的范圍比v=2.4 m/min時(shí)的次高溫區(qū)范圍要大，此現(xiàn)象的出現(xiàn)可能源于在此條件下，盡管焊縫表面形成了凝固層，但是高線能量的輸入使得后端次高溫區(qū)域的溫度較高，液態(tài)區(qū)域面積比較大。

(a)P=2.2 kW,v=2.4 m/min

(b)P=2.2 kW,v=1.8 m/min圖10 不同焊接速度下的焊縫剖面圖Fig.10 Weld profile of different welding speed

從圖8及圖9中可以發(fā)現(xiàn)，不同焊接速度下，在不同位置的焊縫橫截面，其溫度場(chǎng)差異性很大。在小孔附近的位置，焊縫中心的溫度都很高，熔合線位置都有很大的溫度梯度，隨著與小孔間距離的增大，溫度梯度逐漸減小。隨著焊接速度的減小，焊縫正面溫度場(chǎng)的寬度增大，這一規(guī)律在圖11的曲線中表現(xiàn)得更加明確。由圖11可以發(fā)現(xiàn)，在600～1400 ℃之間，隨著焊接速度的減小，焊縫兩側(cè)同樣溫度點(diǎn)之間的寬度逐漸增大，但是在超過(guò)1500 ℃的高溫區(qū)域，雖然有類(lèi)似的趨勢(shì)，但差異性減小，表現(xiàn)也比較復(fù)雜。這一結(jié)論通過(guò)圖10焊縫剖面圖可以得到驗(yàn)證，它清楚地表明隨著焊接速度的減小焊縫正面寬度逐漸增大。

為了分析不同焊接速度下，距離焊縫中心不同位置點(diǎn)的熱循環(huán)規(guī)律，選擇距焊縫中心4個(gè)不同位置點(diǎn)(p1=0，p2=0.34 mm，p3=1.13 mm，p4=2.14 mm)的熱循環(huán)曲線進(jìn)行深入的量化分析(圖12)。從圖12所示曲線中可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)焊接速度下的熱循環(huán)曲線具有相似性，且隨著焊接速度的減小，不同位置在不同時(shí)刻的整體溫度都上升了100～200 ℃。p1點(diǎn)與p2點(diǎn)的熱循環(huán)曲線幾乎完全一致，只是p1點(diǎn)的溫度稍微大于p2點(diǎn)的溫度。從p3=1.13 mm的曲線中可以看出，隨焊接速度的減小，最高溫度從900 ℃增大到了1100 ℃。從圖12各個(gè)特征點(diǎn)的熱循環(huán)曲線中可以發(fā)現(xiàn)，距離焊縫中心越遠(yuǎn)，焊接速度的變化對(duì)特征點(diǎn)的熱循環(huán)影響越小。

(a)沿小孔中心垂直于焊縫方向的取樣示意圖

(b)不同焊接速度下，沿小孔中心垂直于焊縫方向的溫度分布曲線圖11 不同焊接速度下，沿小孔中心垂直于焊縫方向的示意圖及溫度分布曲線Fig.11 Schematic diagram and temperature distribution curves of different welding speed in the direction perpendicular to the weld

(a)P=2.2 kW,v=2.4 m/min

(b)P=2.2 kW,v=1.8 m/min圖12 焊縫正面距焊縫中心線不同位置點(diǎn)的熱循環(huán)曲線Fig.12 The thermal cycling curves of different positions of the weld centerline

以上對(duì)于激光功率及其他焊接條件固定，不同焊接速度下，焊縫正面溫度場(chǎng)分布特征的研究表明，焊接速度的改變，使得熱輸入以及冷卻條件產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致溫度場(chǎng)的分布產(chǎn)生變化，隨焊接速度減小，熔化區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度都在增大，但是其分布的基本特征不發(fā)生改變，如在熔池前端“小孔”區(qū)域有一個(gè)高溫區(qū)(區(qū)域A)，熔池中部產(chǎn)生一個(gè)表面凝固的低溫區(qū)(區(qū)域B)，然后在熔池的后端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)次高溫區(qū)(區(qū)域C)，該區(qū)域溫度在材料熔點(diǎn)附近。

2.3 不同激光功率對(duì)焊縫正面溫度場(chǎng)的影響

選擇焊接速度v=1.8 m/min，激光功率分別為P=2.2 kW和P=1.8 kW進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。圖13為激光功率分別為1.8 kW和2.2 kW時(shí)，相同焊接速度下實(shí)測(cè)的焊縫正面溫度場(chǎng)圖像。對(duì)比兩幅圖像可以直觀地發(fā)現(xiàn)，在相同焊接速度下，激光功率的增大使得焊縫正面溫度場(chǎng)的溫度整體都有所升高，“小孔”區(qū)域最高溫度升高得更多，熔池后端次高溫區(qū)的范圍增大得更顯著。從圖14的不同激光功率時(shí)沿焊縫正面中心線溫度分布對(duì)比曲線中可以更清楚地發(fā)現(xiàn)這個(gè)特征，但溫度場(chǎng)的基本分布趨勢(shì)未變，依然存在“小孔”高溫區(qū)域，熔池后端次高溫區(qū)及介于兩者之間的表面低溫區(qū)域。此外，從圖13中可以看出，雖然激光功率增大，但“小孔”、次高溫區(qū)及兩者之間的低溫區(qū)域的位置幾乎未變，表明溫度場(chǎng)在此過(guò)程中基本保持穩(wěn)定的分布狀態(tài)。

(a)P=2.2 kW,v=1.8 m/min

(b)P=1.8 kW,v=1.8 m/min圖13 不同激光功率下，實(shí)測(cè)焊縫正面溫度場(chǎng)圖像對(duì)比Fig.13 The contrast of the temperature field of the measured weld front with different laser power

圖14 不同激光功率下沿焊縫正面中心線溫度分布對(duì)比曲線Fig.14 Curves of temperature distribution along the center line of the weld front at different laser power

2.4 不同激光功率/焊接速度組合對(duì)焊縫正面溫度場(chǎng)的影響

選擇兩個(gè)參數(shù)組合P=2 kW、v=2.1 m/min與P=1.8 kW、v=1.8 m/min進(jìn)行對(duì)比分析，這兩組焊接參數(shù)輸入線能量相近。圖15為兩組參數(shù)下的焊縫正面溫度場(chǎng)對(duì)比圖像，圖16為沿焊縫正面中心線的溫度分布對(duì)比曲線。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，高功率/高速度組合的“小孔”區(qū)域溫度較高，而低功率/低速度組合的次高溫區(qū)域溫度更高、面積更大，但是后端焊縫區(qū)域的溫度較低。這表明在線能量相近時(shí)，高功率/高速度組合的“小孔”區(qū)域的溫度升高主要是由于激光功率的增大導(dǎo)致的。而低功率/低速度組合的次高溫區(qū)域溫度升高及面積增大主要受焊接速度的降低所影響。

(a)P=2 kW,v=2.1 m/min

(b)P=1.8 kW,v=1.8 m/min圖15 不同激光功率/焊接速度組合時(shí)，實(shí)測(cè)焊縫正面溫度場(chǎng)圖像對(duì)比Fig.15 The contrast of the temperature field of the weld under the combination of different laser power and welding speed

圖16 不同激光功率/焊接速度組合時(shí)，沿焊縫正面中心線溫度分布對(duì)比曲線Fig.16 The temperature profile along the centerline of the weld face under the combination of different laser power and welding speed

3 結(jié)論

(1)當(dāng)P=2 kW、v=2.1 m/min時(shí)，在熔池前端形成直徑為0.73 mm的“小孔”高溫區(qū)域，其溫度梯度非常大，從最低溫到最高溫的距離僅為4.4 mm；在熔池后端出現(xiàn)一個(gè)次高溫區(qū)，其溫度與材料的熔點(diǎn)相近；在兩個(gè)高溫區(qū)之間存在一個(gè)低溫區(qū)域，其溫度在1000 ℃左右。在整個(gè)焊接過(guò)程中，焊縫正面溫度場(chǎng)呈穩(wěn)定的演變狀態(tài)，三個(gè)區(qū)域雖呈動(dòng)態(tài)變化，但基本規(guī)律保持不變。

(2)激光功率一定時(shí)，隨焊接速度的減小，熔化區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度都在增大，但是其分布的基本特征不發(fā)生改變，如在熔池前端存在“小孔”高溫區(qū)，在熔池后端形成次高溫區(qū)，在熔池中部產(chǎn)生表面凝固的低溫區(qū)。

(3)焊接速度一定時(shí)，隨激光功率的增大，焊縫正面溫度場(chǎng)的整體溫度都升高，特別是熔池后端次高溫區(qū)的溫度顯著升高,面積顯著增大，但其基本分布特征未變。

(4)輸入線能量相近時(shí)，高功率/高速度組合的“小孔”區(qū)域溫度較高，低功率/低速度組合的次高溫區(qū)域的溫度較高、面積較大，但是后端焊縫區(qū)域的溫度較低。

[1] 張文鉞.焊接冶金學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010. ZHANG Wenyue. Welding Metallurgy[M]. Beijing: China Machine Press, 2010.

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(編輯 王艷麗)

第十九屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第五分會(huì)場(chǎng)“智能制造引領(lǐng)東北工業(yè)基地振興交流研討會(huì)”第一輪通知

各有關(guān)單位：

由中國(guó)科協(xié)和吉林省人民政府共同主辦的第十九屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)，定于2017年6月24～26日在吉林省長(zhǎng)春市舉辦。為貫徹落實(shí)“中國(guó)制造2025”重要戰(zhàn)略部署，年會(huì)期間中國(guó)科協(xié)智能制造學(xué)會(huì)聯(lián)合體將承辦第五分會(huì)場(chǎng)“智能制造引領(lǐng)東北工業(yè)基地振興交流研討會(huì)”。

現(xiàn)將有關(guān)事項(xiàng)通知如下：

一、會(huì)議主題

智能制造引領(lǐng)東北工業(yè)基地振興

二、會(huì)議安排

1.中國(guó)科協(xié)年會(huì)主會(huì)場(chǎng)

時(shí)間：6月24日上午

地點(diǎn)：長(zhǎng)春國(guó)際會(huì)展中心

(長(zhǎng)春市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)會(huì)展大街100號(hào))

2.第五分會(huì)場(chǎng) 智能制造引領(lǐng)智能裝備與軌道交通裝備轉(zhuǎn)型升級(jí)報(bào)告會(huì)

時(shí)間：6月24日下午

地點(diǎn)：吉林省科學(xué)技術(shù)館五樓會(huì)議室

(長(zhǎng)春市凈月旅游開(kāi)發(fā)區(qū)永順路1666號(hào))

3.院士專家座談會(huì)(特邀代表參加)

時(shí)間：6月25日上午

地點(diǎn)：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(長(zhǎng)春市東南湖大路3888號(hào))

4.智能制造主題考察

(1)6月25日上午 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所

(2)6月25日下午 中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司生產(chǎn)基地

三、會(huì)務(wù)安排

1.本次會(huì)議不收取會(huì)議費(fèi)；

2.參會(huì)代表交通費(fèi)及住宿費(fèi)自理；

3.會(huì)議報(bào)到時(shí)間：6月23日全天、6月24日上午。

中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)聯(lián)系人：楊 麗

電話：010-68799041,13488682621

E-mail：yangl@cmes.org

(工作總部)

Influences of Welding Parameters on Temperature Field Characteristics during Laser Welding of 304 Stainless Steels

HU Yaguang1,2WANG Xuanguo1DUAN Aiqin2MA Xuyi2

1.School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan，430070 2.Science and Technology on Power Beam Processes Laboratory, Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute, Beijing,100024

Based on infrared thermograph technique, the laser welding processes of 304 stainless steels were recorded to study the influences of welding parameters on temperature field characteristics. The results show that, when the laser power is constant, the lengths and the widths of the melting zone are increased with the decrease of the welding speeds, but the basic characteristic of the temperature field distribution will not be changed. When welding speed is constant, with the increases of laser power, the temperature of the welding seam is increased ,especially the temperature and area of sub-high temperature are increased significantly, but the distribution of temperature is invariable. When the energy input is close to each other，the “keyhole” temperature of the high power/high speed combination is higher. Meanwhile, the temperature and area of the sub-high temperature zone in the combination of low power/low speed is higher, but it has a lower temperature at the back of the weld than the combination of high power/high speed.

fiber laser welding;304 stainless steel; temperature field; infrared thermal image

2016-07-20

TG402

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.11.018

胡亞光，男，1993年生。武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院與北京航空制造工程研究所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生。主要研究方向?yàn)榧す夂附?。E-mail：1475645852@qq.com。汪選國(guó)，男，1975年生。武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授。段愛(ài)琴，女，1966年生。北京航空制造工程研究所研究員、博士。馬旭頤，男，1983年生。北京航空制造工程研究所高級(jí)工程師、博士。