超窄间隙激光填丝焊(Ultra-narrow gap laser welding,Ultra-NGLW)是一种先进的厚贝氏体钢焊接技术。通过数值模拟和X射线衍射法,分析了超窄间隙激光填丝焊接头残余应力的分布和变化,结果表明:在不同厚度(20 ,50 ,70 mm)的超窄间隙激光填丝焊接头的表面,残余应力均呈“W”形分布。利用微型剪切试验,分析了显微组织对接头残余应力的影响:熔合线处形成的马氏体脆硬组织使接头形成了“软-硬-软”的夹心组织,导致接头的应力分布与一般的焊接接头不同,而多层填丝焊的特殊工艺导致接头中间层的应力增加。

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺, 焊接了50 mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明, 焊接接头无宏观缺陷; 热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体, 母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体, 硬度为280 HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材, 接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的, 但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。

采用IPG-YLS 6000光纤激光器及正离焦光束的超窄间隙激光填丝焊接方式，研究了焊接工艺对接头成型的影响。结果表明，当离焦光斑直径大于间隙宽度时，利用前送丝且熔池熔丝的热导模式焊接可有效避免侧壁未熔合及气孔缺陷，获得良好的焊接接头。光斑过小时易产生焊接气孔，光斑过大时会造成侧壁过度熔化。同一焊接条件下，坡口间隙越大，获得无缺陷焊缝的工艺参数范围越小。随着间隙的增大，激光功率增加，焊接速度减小。在间隙较大，热输入量小时会产生侧壁未熔合，热输入量大时会导致小孔型气孔。利用优化的坡口形式及工艺参数超窄间隙激光填丝焊接了60 mm厚度304不锈钢板，获得了完整无明显缺陷的对接接头，接头焊缝由20层组成，宽度上下一致且仅为3.8 mm左右，焊接角变形约为0.6°。