FV520B钢拥有高强度、良好的韧性和耐蚀性,被广泛用作离心压缩机核心部件——叶轮的制造材料。激光焊接具有焊接效率高、热输入量小、接头变形小等优点,成为高端设备制造领域极具潜力的技术手段之一。激光焊接的优势恰好能够弥补叶轮传统焊接手段的不足,从而提高焊缝的质量和零件的精度。本文利用正交设计和分析方法在较大工艺窗口下对FV520B钢激光焊接工艺参数进行优化,并得出各焊接参数对熔深等响应量的影响规律;利用优化参数对试板进行焊接,对焊后接头的微观组织和性能进行了调查;在不同温度下对焊缝进行时效处理,探索热处理后焊缝中组织的演变规律,并对不同热处理下焊缝的显微硬度、冲击韧性和耐蚀性进行了测试;采用CMT焊接技术在激光焊缝上表面进行填充,对填充后接头的组织和性能进行了分析。通过研究可得:(1)对12 mm钢板进行单板自熔焊时,随着激光线能量的增加,熔深整体上表现为增加,并且与线能量大致呈幂函数关系。在选定的参数范围内,各因素对熔深影响的程度为:激光功率>焊接速度>光斑直径>离焦量。经过参数初选和复选,得到优化的参数组合为:激光功率4.2 kW,焊接速度35 mm/s,光斑直径1.2 mm。(2)FV520B钢板激光焊焊缝熔化区微观组织主要由白色的低碳板条马氏体和黑色的δ铁素体构成,马氏体上存在少量的碳化物,而δ铁素体呈现出蠕虫状和板条状两种形态。随着线能量密度的升高,焊缝的显微硬度值略有降低。优化参数下对接焊缝熔化区的硬度略低于母材,热影响区软化比较明显。去除下垂及表面缺陷后焊缝强度高于母材。与热处理后的FV520B钢相比,激光焊焊缝的强度较高,而塑、韧性较低。(3)在300℃~900℃的加热温度和9 min~12 h的保温时间范围内对FV520B钢板激光焊接头进行时效处理,发现在550℃下时效,增加保温时间,熔化区δ铁素体发生球化,并且数量逐渐减少,在时效12 h时基本消失;加热到更高温度δ铁素体球化、消失的速度更快。在550℃时效12 h后,得到的组织中含有少量逆变奥氏体。增加时效温度和保温时间,逆变奥氏体的体积分数增加。但当650℃时效12 h后,组织中的逆变奥氏体全部消失。可见室温下逆变奥氏体的量不仅与时效温度下获得的逆变奥氏体的体积分数有关,还与冷却过程中逆变奥氏体的稳定性有关。焊缝的硬度和冲击韧性主要取决于富Cu相的弥散强化作用和回火组织、逆变奥氏体的软化作用之间的平衡。焊缝的耐蚀性均高于母材。随着时效温度和时效时间的增加,材料在NaCl溶液中的钝化行为减弱甚至消失。(4)CMT填充焊会对激光打底焊缝的组织产生二次加热,从而使熔合线附近的激光焊区域组织由柱状晶转变为等轴晶,并且随着CMT焊热输入量的增加,等轴晶区域扩大甚至使激光焊区域全部转变为等轴晶,晶粒也发生长大。填充后,焊缝横截面水平方向从激光焊区域到母材区域的硬度分布更加均匀。填充焊长时间的热输入导致母材强度下降;而激光焊缝区的冲击韧性随填充焊热输入的增加而增加,且高于母材。激光焊区域的耐蚀性也高于母材。