为研究304不锈钢光纤激光焊接模式的影响因素,参考均匀试验设计的思路,以激光功率、焊接速度、离焦量为变量设计了一组试验。通过分析成形的焊缝,获得了光纤激光焊接过程中热导焊和深熔焊的特征形式;定量计算了焊接模式与各焊接参数及其交互作用之间的关系,确定了焊接模式的影响因素。研究结果表明,304不锈钢光纤激光焊共有四种由热输入密度决定的焊缝成形形式。当热输入密度小于43.04 J·mm ^-3时,焊缝为圆弧形,对应的焊接模式为热导焊;当热输入密度大于66.82 J·mm ^-3时,焊缝为钉头形或钉状,对应的焊接模式为深熔焊;存在一种过渡状态,对应的热输入密度处于两种焊接模式的中间值。

为了研究大功率光纤激光焊在304不锈钢上的焊缝成形,使用5～7 kW的激光功率,10～100 mm/s的焊接速度在16 mm厚的304奥氏体不锈钢上进行全覆盖参数试验。随后观察了焊缝的熔深、熔宽、焊缝形状等成形参数。结果表明,焊接速度低于20 mm/s时,焊缝表面会形成隆起,熔深随速度减慢,迅速增加;焊接速度在30～40 mm/s时,焊缝表面变得凹凸不平且两边存在咬边,熔深随速度减慢且小幅增加;焊接速度介于50 mm/s和90 mm/s之间时,焊缝的熔深和熔宽几乎不变;而当速度达到100 mm/s时,熔深急剧减小,且钉头形焊缝的形状发生了很大的改变。通过以上试验结果结合小孔效应和熔池特性分析了激光焊缝的成形机理,对大功率光纤激光焊接形成了更全面的认识。