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聚丙烯在最佳激光焊接温度下焊缝界面深度与宽度的预测

DOI：10.1016/j.procir.2019.03.306 期刊：Procedia CIRP 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 在本初步研究中，通过有限元法（FEM）与响应面法（RSM）相结合的方法，系统研究了聚丙烯的透射激光焊接（TTLW）。采用COMSOL Multiphysics软件求解三维瞬态热扩散方程来模拟热场。使用统计软件Minitab v17根据中心复合设计制定实验方案。本研究目标有二：首要目标是建立数学模型，主要基于工艺线能量预测焊缝界面深度（MD）、焊缝界面宽度（MW）及最高温度（Tmax），并通过方差分析（ANOVA）技术检验所建模型的适用性；次要目标是确定激光焊接参数（激光功率、扫描速度和光斑直径）的优化组合以防止聚丙烯热降解。针对该优化参数组合，预测了符合要求的MD和MW条件。本初步研究采用FEM方法获得的结果，可为后续实验设计奠定基础，从而帮助预测并提升聚丙烯乃至其他聚合物材料体系的焊接质量。
作者： N. Kumar，R. Sherlock，D. Tormey
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

建立数学模型以预测聚丙烯透射式激光焊接（TTLW）中的焊缝界面深度（MD）、焊缝界面宽度（MW）及最高温度（Tmax），并确定优化的激光焊接参数组合以防止热降解。

研究成果

所开发的三维有限元激光透射焊接模型可预测焊缝界面深度与宽度尺寸以及沿焊缝线的温度分布。结果表明，激光功率是对响应影响最显著的因素，其次是扫描速度和光斑直径。该模型有助于确定最佳输入参数/极限选择，同时对工艺性能和设计也有帮助。

研究不足

本研究是一项初步调查，未来工作需考虑夹紧压力和流体动力学模型的实施以进行热形态分析。本初步研究的验证将在未来的实验工作中进行。

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