304奧氏體不銹鋼薄板光纖激光焊接試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、激光焊接因其功率密度高，速度快，焊縫窄及變形小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于304奧氏體不銹鋼的焊接。與傳統(tǒng)CO2激光焊和YAG激光焊相比，光纖激光由于其高功率，高光束質(zhì)量，良好可控性及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注。對(duì)304奧氏體不銹鋼光纖激光焊接接頭組織性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，可以改善和提高其焊接性能。此外，焊縫輪廓形貌是評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，通過數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)焊縫輪廓形貌的模擬對(duì)工藝參數(shù)的預(yù)選以及減少試驗(yàn)次數(shù)有重要作用。
　　本文以

2、1 mm厚304奧氏體不銹鋼為研究對(duì)象，采用500 W光纖激光進(jìn)行堆焊和對(duì)接焊。在功率400 W，焊接速度1.4 m/min，離焦量-1 mm條件下分析焊接接頭組織和力學(xué)性能；研究了功率、速度和離焦量的變化對(duì)接頭形貌與力學(xué)性能的影響；建立新型組合熱源模型，結(jié)合MARC和Fortran實(shí)現(xiàn)了焊接溫度場(chǎng)的研究，并完成了不同焊接情況下焊縫輪廓形貌的模擬。研究結(jié)果如下：
　　在功率400 W，焊接速度1.4 m/min，離焦量-1 mm條

3、件下，接頭焊縫的凝固過程為：以鐵素體為初始析出相，在凝固終了前形成奧氏體（FA模式），經(jīng)過固態(tài)相變，最終室溫組織為奧氏體+鐵素體；焊縫顯微硬度高于母材；拉伸試樣呈韌性斷裂，斷裂機(jī)理為微孔聚集型斷裂。
　　在其他條件相同的情況下，功率為400–500 W時(shí)，焊接接頭無缺陷，上表面無氧化。隨著焊接功率的增加，焊縫的熔深明顯增加，熔寬、束腰寬和束腰高增加程度沒有熔深大。隨著焊接功率的增加，焊縫的平均顯微硬度也逐漸增加。功率為400–50

4、0 W時(shí)，拉伸試樣從母材處斷裂，為典型的韌性斷裂；在其他條件相同的情況下，焊接速度為1–1.4 m/min時(shí)，焊接接頭無缺陷，上表面無氧化。隨著焊接速度的降低，熔深、熔寬、束腰寬和束腰高都有明顯的增加。隨著焊接速度增加，試樣焊縫處的平均顯微硬度先增加后減小。焊接速度為0.8–2 m/min時(shí)的拉伸試樣均斷裂在母材處，為典型的韌性斷裂；在其他條件相同的情況下，離焦量為0 mm時(shí)，焊接接頭無缺陷，上表面無氧化。隨著離焦量的增加，熔深減小比較

5、明顯，而熔寬、束腰寬和束腰高的變化不大。隨著離焦量的增大，焊縫平均顯微硬度先增大后減小。離焦量為-1–0.5 mm時(shí)拉伸試樣均斷裂在母材處，為典型的韌性斷裂；除此以外，還發(fā)現(xiàn)焊接速度的變化對(duì)焊縫釘狀形貌的上半部分形狀參數(shù)（熔寬、束腰高、束腰寬）有很大的影響，而激光功率和離焦量則對(duì)熔深有很大影響。
　　結(jié)合實(shí)際焊縫輪廓形貌，建立了新型圓柱體+圓柱體的組合熱源模型，對(duì)不同焊接情況下焊縫輪廓形貌模擬結(jié)果分析可知，模擬的焊縫輪廓形貌與實(shí)際