对3.0 mm厚BTi6431S高温钛合金进行光纤激光焊接,从焊缝成形、气孔和金属蒸气/等离子体特征等方面研究了焊接工艺参数对焊缝成形质量及焊接过程稳定性的影响。结果表明,激光功率对焊缝熔宽、余高、咬边和气孔率均有影响;焊接速度主要影响焊缝熔宽和背宽比。焊接工艺对焊缝成形质量的影响与金属蒸气/等离子体特征与稳定性密切相关。较低激光功率(1.5~2.5 kW)或较高焊接速度(3.5~4.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及面积波动均较大,焊缝未熔透且气孔率高;中等激光功率(3.0~3.5 kW)和焊接速度匹配(2.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及周期波动均较小,焊缝全熔透,成形质量好。

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。

超薄不锈钢在航天、医疗器械、日用品中的应用日趋广泛, 对其激光焊接质量也提出了更加苛刻的要求。由于材料很薄, 易于汽化穿孔, 要想得到连续、无烧穿的焊缝, 关键是对参数的精确控制。采用光纤激光实现了0.2 mm厚1Cr18Ni9Ti 不锈钢片的对接及搭接焊。研究了激光功率、焊接速度、离焦量、脉冲频率、占空比等工艺参数对焊缝表面成形的影响规律, 并对焊缝显微组织及接头力学性能进行了考察。结果表明, 在连续焊模式下, 即使采用非常小的热输入, 也无法避免焊缝起始及收尾处出现的烧穿; 脉冲焊模式下, 热输入一定时, 采用低的脉冲频率、占空比及焊接速度相比高的脉冲频率、占空比及焊接速度可以有效减少单脉冲能量, 从而避免焊缝在起始及收尾处的烧穿。在优化的工艺参数下可得到表面成形良好、无烧穿的对接及搭接焊缝。焊缝中心区由柱状晶与等轴晶组成, 几乎不存在热影响区, 对接接头抗拉强度可高于母材, 搭接接头经拉剪测试断于母材。

为了研究光纤激光焊接奥氏体不锈钢过程中侧吹气体对焊缝组织和耐腐蚀性能的影响，建立了一种侧吹气体和金属蒸气的流体模型，分析了不同侧吹气体及其流量对金属蒸气温度场和速度矢量场的影响，提出了一种通过侧吹气体增加焊缝金属中氮元素含量的方法。试验结果表明，在不影响焊缝成形的前提下，该方法有效提高了上层焊缝金属中氮元素的含量，抑制了焊缝金属中铁素体的含量，增强了奥氏体不锈钢激光焊焊缝的耐点蚀性能。

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。