【摘 要】
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SUS301L不锈钢属于奥氏体不锈钢,被大范围地应用在轨道车辆、机械电子、轻工业等领域。采取常规焊接方法如钨极气体保护焊（TIG）、熔化极惰性气体保护焊（MIG）、熔化极活性气体保护焊（MAG）、电阻电焊、等离子焊等焊接SUS301L不锈钢时较易产生焊接变形、热裂纹、晶粒粗大等缺陷。目前地铁车顶常采用SUS301L不锈钢波纹薄板叠焊而成,采用的焊接方法是电阻点焊,存在的主要问题是焊后板材变形量大、
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“大型薄壁构件激光焊接装备与技术应用示范”（项目编号:2018YFB1107800）之课题二“大型薄壁构件激光焊接缺陷抑制与变形控制工艺”（课题编号:2018YFB1107802）；
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SUS301L不锈钢属于奥氏体不锈钢,被大范围地应用在轨道车辆、机械电子、轻工业等领域。采取常规焊接方法如钨极气体保护焊（TIG）、熔化极惰性气体保护焊（MIG）、熔化极活性气体保护焊（MAG）、电阻电焊、等离子焊等焊接SUS301L不锈钢时较易产生焊接变形、热裂纹、晶粒粗大等缺陷。目前地铁车顶常采用SUS301L不锈钢波纹薄板叠焊而成,采用的焊接方法是电阻点焊,存在的主要问题是焊后板材变形量大、焊接接头密封性差、接头拉伸及疲劳强度弱、效率低下等。针对这些问题,本文拟采用激光焊接技术来焊接地铁车顶波纹板,开展对地铁车顶用SUS301L不锈钢非熔透型激光叠焊焊接仿真与实验研究,以充分发挥激光焊接焊接速率快、焊后变形量小及接头密封性好这些优势。（1）SUS301L不锈钢激光叠焊温度场的数值模拟。建立了SUS301L不锈钢激光叠焊传热模型,对焊接温度场进行了数值模拟,同时以区域改变率作为辅助参数,评价板材变形量大小。研究了各项焊接工艺参数对焊缝表面形貌的影响规律,确定了适宜的工艺参数范围:激光功率950W～1050W、焊接速度36mm/s～40mm/s、离焦量0～2mm、保护气体流量20～30L/min。（2）单因素及正交焊接实验分析。对通过数值模拟确定适宜范围的工艺参数进行了单因素实验,试验研究了焊接工艺对焊缝宏观形貌的影响机制,开展了各工艺因素对焊接质量影响的显著性分析;然后通过正交实验结果进行了工艺参数优化;最后,采用优化后的工艺参数开展了地铁车顶用SUS301L不锈钢薄板的非熔透型激光叠焊,各项焊接质量指标满足要求。（3）SUS301L不锈钢激光焊接结果分析与组织性能检测。为了评价正交实验的效果,对优化工艺参数下获得的焊缝进行了宏观形貌、微观组织观测与EDS、显微硬度、力学性能检测。结果表明:焊缝表面呈银白色,连续完整;焊缝区为等轴晶与柱状晶,热影响区为粗化的等轴晶。焊缝各区显微硬度均小于母材,焊缝拉剪强度为2559.96k N。对比仿真结果与实验数据,上板焊缝熔宽与下板焊缝熔深误差均在2%以内,证明了所建立的激光焊接传热模型是正确的。本文通过仿真指导实验,实验验证仿真的方式,对0.6mm厚SUS301L不锈钢激光叠焊进行了理论与试验研究。本文的研究将为地铁车顶用不锈钢波纹板的焊接提供了一种效率更高、密封性更好、接头拉剪强度更高的焊接方法。
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