激光焊接因其功率密度高,速度快,焊缝窄及变形小的优点,被广泛应用于304奥氏体不锈钢的焊接。与传统CO2激光焊和YAG激光焊相比,光纤激光由于其高功率,高光束质量,良好可控性及使用寿命长的优点受到越来越多的关注。对304奥氏体不锈钢光纤激光焊接接头组织性能进行系统研究,可以改善和提高其焊接性能。此外,焊缝轮廓形貌是评价焊缝质量的重要标准之一,通过数值模拟实现焊缝轮廓形貌的模拟对工艺参数的预选以及减少试验次数有重要作用。本文以1 mm厚304奥氏体不锈钢为研究对象,采用500 W光纤激光进行堆焊和对接焊。在功率400 W,焊接速度1.4 m/min,离焦量-1 mm条件下分析焊接接头组织和力学性能;研究了功率、速度和离焦量的变化对接头形貌与力学性能的影响;建立新型组合热源模型,结合MARC和Fortran实现了焊接温度场的研究,并完成了不同焊接情况下焊缝轮廓形貌的模拟。研究结果如下:在功率400 W,焊接速度1.4 m/min,离焦量-1 mm条件下,接头焊缝的凝固过程为:以铁素体为初始析出相,在凝固终了前形成奥氏体(FA模式),经过固态相变,最终室温组织为奥氏体+铁素体;焊缝显微硬度高于母材;拉伸试样呈韧性断裂,断裂机理为微孔聚集型断裂。在其他条件相同的情况下,功率为400–500 W时,焊接接头无缺陷,上表面无氧化。随着焊接功率的增加,焊缝的熔深明显增加,熔宽、束腰宽和束腰高增加程度没有熔深大。随着焊接功率的增加,焊缝的平均显微硬度也逐渐增加。功率为400–500 W时,拉伸试样从母材处断裂,为典型的韧性断裂;在其他条件相同的情况下,焊接速度为1–1.4 m/min时,焊接接头无缺陷,上表面无氧化。随着焊接速度的降低,熔深、熔宽、束腰宽和束腰高都有明显的增加。随着焊接速度增加,试样焊缝处的平均显微硬度先增加后减小。焊接速度为0.8–2 m/min时的拉伸试样均断裂在母材处,为典型的韧性断裂;在其他条件相同的情况下,离焦量为0 mm时,焊接接头无缺陷,上表面无氧化。随着离焦量的增加,熔深减小比较明显,而熔宽、束腰宽和束腰高的变化不大。随着离焦量的增大,焊缝平均显微硬度先增大后减小。离焦量为-1–0.5 mm时拉伸试样均断裂在母材处,为典型的韧性断裂;除此以外,还发现焊接速度的变化对焊缝钉状形貌的上半部分形状参数(熔宽、束腰高、束腰宽)有很大的影响,而激光功率和离焦量则对熔深有很大影响。结合实际焊缝轮廓形貌,建立了新型圆柱体+圆柱体的组合热源模型,对不同焊接情况下焊缝轮廓形貌模拟结果分析可知,模拟的焊缝轮廓形貌与实际焊缝轮廓形貌匹配良好;随着焊接条件的变化,各焊缝轮廓形貌参数模拟结果的变化趋势与实际焊缝轮廓形貌参数的变化趋势相似;经过误差分析可知,不同焊接情况下,熔深、熔宽、束腰高以及束腰宽的最大误差值分别为6.4%、7.7%、25.0%和25.6%。误差在可接受范围之内,但是熔深和熔宽的误差较小,束腰高和束腰宽的误差较大;此外,随着焊接速度的降低,模拟的堆焊焊缝轮廓形貌的上半部分内凸越来越不明显。