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超窄间隙激光填丝焊中未熔合缺陷形成机理研究

DOI：10.1016/j.optlastec.2020.106275 期刊：Optics & Laser Technology 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 奥氏体不锈钢具有诸多优异性能，在轨道交通列车中得到了广泛应用。超窄间隙激光填丝焊是连接奥氏体不锈钢的首选焊接方法，但采用该方法时焊接过程中易形成未熔合等缺陷。为阐明未熔合缺陷的形成机理，本文结合高速摄影与有限元模拟，从坡口设计与焊丝熔滴过渡行为两方面对未熔合缺陷进行分析。研究发现：窄间隙坡口形式与熔合缺陷的形成密切相关；在球状熔滴过渡条件下，复杂的反冲力、大熔滴对激光能量的阻挡作用、金属蒸气的喷发以及大熔滴过渡引发的熔池湍流都会造成熔池剧烈扰动，严重影响其传热效果。母材未完全熔化、熔滴缺乏过渡驱动力以及熔滴在坡口侧壁润湿铺展失效是焊接未熔合缺陷产生的主要原因。设计合理坡口、保证送丝稳定性、采用液桥过渡模式并适当增大热输入有利于减少未熔合的产生，这对提升焊接质量及增强轨道车辆安全性至关重要。
作者： Tao Yang，Junfeng Liu，Yuan Zhuang，Kai Sun，Weilin Chen
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

阐明奥氏体不锈钢超窄间隙激光填丝焊中未熔合缺陷的形成机制。

研究成果

1. 窄间隙坡口形式与未熔合缺陷的形成密切相关。通过设计合理的坡口形式，可避免因坡口收缩导致的侧壁烧损和送丝阻碍，减少焊丝偏移，从而有效抑制UNGLFW中的未熔合缺陷。 2. 坡口侧壁的熔化主要依赖热传导、高温等离子体及金属蒸气的热辐射。在液桥过渡模式下，大部分激光束作用于母材表面形成稳定熔池，焊丝依靠液桥顺利过渡至熔池。该焊接过程抗干扰能力强，焊缝具有良好熔合形貌。 3. 在球状过渡模式下，坡口侧壁可能受热不足而未完全熔化。当熔滴无法充分润湿并有效铺展于侧壁时，可能附着于单侧坡壁。在熔滴快速冷却条件下，将产生侧壁未熔合缺陷。模拟结果同时显示，未熔合缺陷附近温度低于母材。此外，当熔滴尺寸大于坡口间隙时，层间可能出现未熔合缺陷。

研究不足

该研究聚焦于奥氏体不锈钢超窄间隙激光填丝焊中未熔合缺陷的形成机制，相关发现可能并不直接适用于其他材料或焊接方法。

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