超窄间隙激光填丝焊中未熔合缺陷形成机理研究

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。