激光深熔焊接304不锈钢焊缝成形工艺与控制

针对高功率激光深熔焊接焊304奥氏体不锈钢缝成形质量差,易形成“钉子头”焊缝特征,研究了焊接速度、离焦量、侧吹保护气喷嘴直径对焊缝几何形貌的影响,同时研究了添加活性硫粉对焊缝熔池的控制作用和对焊缝成型的影响。结果表明:随焊接速度的增加或者随着离焦量由负值变到正值,焊缝深宽比和焊缝上部熔合线与中心线夹角θ均呈现出先增大后减小的趋势,当焊接速度为25 mm/s、离焦量为?3 mm时,焊缝的深宽比和夹角θ值最大,焊缝“钉子头”特征最不明显。在前置45度角侧吹氩气保护时,选择较大的吹气喷嘴直径,可得到深宽比和夹角θ较大值,有效抑制“钉子头”焊缝特征。表面活性元素硫粉的添加,能够实现对焊接熔池的有效控制,减小焊缝表面熔宽、增加焊缝熔深,抑制“钉子头”焊缝的形成。可见优化焊接工艺参数和添加活性粉是控制“钉子头”型焊缝的有效方法。

高功率激光焊接SUS304不锈钢数值模拟与试验研究

针对高功率激光焊接SUS304不锈钢形成"钉子头"型焊缝缺陷的原因进行数值模拟,并通过试验进行对比。首先,利用COMSOL Multiphysics4.3a有限元软件建立了激光焊接熔池流动和传热耦合的三维模型。模型考虑Marangoni力、浮力和潜热共同耦合的熔池传热和流体流动,通过添加源项处理过渡区固-液相变问题。其次,分析了Marangoni对流对温度场、流场及熔池形貌的影响机制。最后,基于模型对SUS304不锈钢进行了激光深熔焊接试验。结果表明:Maragoni对流是导致上表面高温熔融金属液向熔池边缘流动,致使熔宽增加,从而形成"钉子头"型焊缝的原因。试验结果与模拟结果基本吻合,焊接速度从25 mm/s降低至10 mm/s,熔宽和熔深均增加,熔合线曲率越大,"钉子头"型焊缝越突出。