軌道客車用SUS301L奧氏體不銹鋼激光疊焊技術(shù)研究.pdf

1、論文針對軌道客車不銹鋼車體制造過程中電阻點焊變形大、密封性差、接頭靜強度和疲勞強度低以及生產(chǎn)效率低等難題，充分利用激光焊接技術(shù)所具有的焊接變形小、焊接速度快以及連續(xù)焊接密封性好等優(yōu)點，提出了軌道客車用奧氏體不銹鋼小變形、高強度的非熔透型激光疊焊方法。
　　本文以軌道客車用SUS301L奧氏體不銹鋼為研究對象，采用4kW連續(xù)的Nd：YAG激光器對奧氏體不銹鋼進行了非熔透型激光疊焊技術(shù)研究。利用三維非線性瞬態(tài)熱傳導微分方程，建立了奧氏

2、體不銹鋼激光疊焊傳熱模型。在對激光焊接物理過程分析的基礎(chǔ)上，利用SYSWELD焊接仿真軟件對奧氏體不銹鋼激光疊焊過程進行了數(shù)值模擬，獲得了熔池形貌、熔化區(qū)熱循環(huán)曲線以及接頭焊接變形情況等數(shù)值模擬結(jié)果。與實際激光焊接過程中測量的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，二者十分吻合，表明所建立的奧氏體不銹鋼激光疊焊傳熱模型正確，數(shù)值模擬結(jié)果可信度高。
　　為了獲得奧氏體不銹鋼小變形、高強度的非熔透型激光疊焊接頭，本研究首次提出了傾斜激光入射角度的非熔透型激光疊

3、焊方法。理論分析結(jié)果和實際實驗結(jié)果表明，傾斜激光入射角度可以更容易地獲得小熔深、大結(jié)合寬度的焊接接頭(即小變形、高強度焊接接頭)。此外，通過傾斜激光入射角度還能減小激光焊接過程中焊接熔深的波動范圍，從而提高焊接接頭質(zhì)量的可靠性。
　　為了避免單因素試驗過程由于忽略了因素問的相互關(guān)系而導致的試驗誤差，文中還對激光疊焊工藝進行了多因素交互試驗研究。并利用Design-ExpertV7試驗設(shè)計軟件建立了試驗輸入因子與響應(yīng)因子之間的數(shù)學關(guān)

4、系式。試驗驗證結(jié)果表明，該數(shù)學關(guān)系式的誤差較小，其誤差范圍小于5％。根據(jù)該數(shù)學關(guān)系式和試驗優(yōu)化目標，獲得了SUS301L奧氏體不銹鋼激光疊焊最優(yōu)的工藝參數(shù)范圍：激光功率為3.50～3.79kW、焊接速度為7.40～8.00m/min、激光入射角度為65°、離焦量為0mm、保護氣體成分為N2以及其流量為30L/min。
　　為了進一步減小奧氏體不銹鋼激光疊焊接頭的焊接變形量，本研究在分析其焊接變形特點和變形產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上首次提出了

5、一種針對奧氏體不銹鋼激光疊焊接頭微小角變形的激光熱矯形方法。并通過對該方法的數(shù)值模擬仿真和試驗研究，獲得了與最優(yōu)焊接工藝參數(shù)相匹配的激光熱矯形工藝參數(shù)：激光功率P=0.15kW、掃描速度v=3m/min、激光入射角度θ=90°、離焦量△f=+8mm和N2保護氣體流量fg=30L/min，與焊接方向同向掃描4次。通過該矯形工藝可以將最優(yōu)工藝參數(shù)條件下所獲得的焊接接頭的角變形量由0.88°降低至0.3°左右。
　　通過對奧氏體不銹鋼激

6、光疊焊工藝和激光熱矯形方法的研究，獲得了最佳的奧氏體不銹鋼激光疊焊接頭，并將其與電阻點焊接頭進行對比研究。其研究結(jié)果表明，40mm寬的激光疊焊接頭的最大靜拉伸力為23.326kN，約為電阻點焊接頭的2.4倍；在相同疲勞載荷條件下，置信度為99％時，激光疊焊試樣的中值疲勞壽命是電阻點焊試樣的1.80～11.72倍。
　　最后，通過對本文的研究實現(xiàn)了0.8mm厚的SUS301L-ST奧氏體不銹鋼板和1.5mm厚的SUS301L-DLT