随着社会的发展与科技的进步,轨道交通呈现出喜人的发展态势。轨道客车因其载客量大,速度快,安全性高,逐渐成为人们主要出行方式之一。不锈钢轨道客车具有强度高、重量轻、耐腐蚀、成本低等诸多优点,因此成为我国轨道客车的首选。本文针对不锈钢轨道客车车体的结构特点及激光焊接成型存在的问题,较系统地研究了焊接工艺因素对不锈钢轨道客车激光焊接头组织及性能的影响规律,其目的旨在为改善不锈钢轨道客车产品质量提供必要的理论依据和试验数据,具有重要的理论意义和实用价值。本论文研究了SUS301L奥氏体不锈钢搭接激光焊接头的微观组织及力学行为特点,激光焊接参数(激光功率、焊接速度)和装配间隙对不同板厚组合(1.0mm+0.6mm、1.5mm+0.6mm)焊接接头组织及性能的影响规律。研究结果表明:不锈钢激光焊接头由焊缝区(WM)、热影响区(HAZ)和母材区(BM)组成。不锈钢母材主要由奥氏体和少量的铁素体和马氏体组成。焊缝成型良好,无裂纹、气孔、未焊透等缺陷,主要由奥氏体和少量铁素体组成。焊缝具有联生结晶特征,胞状晶依附于未熔化的母材晶粒形核、长大,其生长方向近似垂直于熔合线。随着晶体的生长,胞状晶转变胞状树枝晶,在焊缝中部胞状树枝晶转变为树枝晶,这主要归因于成分过冷的不断增加。焊接热影响区(HAZ)微观组织的突出特点是晶粒粗化。不锈钢激光焊接头的显微硬度分布是不均匀的。母材的平均硬度值最高(300HV),其次是焊缝区(240HV),HAZ的硬度值最低,约为220HV。在拉剪力作用下,不锈钢激光焊接头主要有二种断裂模式,结合面断裂和HAZ断裂。因此,激光焊接头上板与下板的结合面和下板的HAZ是接头的薄弱区。激光焊接参数(激光功率、焊接速度)对板厚组合1.0mm+0.6mm、1.5mm+0.6mm焊接接头形貌、微观组织及力学性能具有明显的影响。随着激光功率增加,焊缝熔宽、熔深增加,焊缝中胞状晶尺寸增大,焊接HAZ宽度及晶粒尺寸有增加的趋势。这主要归因于激光焊接热输入增加。板厚组合为1.0mm+0.6mm时,激光功率由1.1kW增至1.35kW,接头拉剪力从0.1KN增至14.2KN,接头为结合面断裂模式;进一步增加激光功率导致接头拉剪力先增加后降低,主要为HAZ断裂模式。板厚组合为1.5mm+0.6mm时,激光功率1.53KW-1.88KW接头为结合面断裂模式;进一步增加激光功率导致接头拉剪力先增加后降低和产生HAZ断裂模式。随着焊接速度增加,焊缝熔宽、熔深及焊缝中胞状晶尺寸减小,焊接HAZ宽度及晶粒尺寸有减小的趋势。这主要归因于激光焊接热输入减小。在焊接速度较小时接头主要为HAZ断裂模式;随着焊接速度增加转变为结合面断裂模式。板厚组合为1.0mm+0.6mm时,选择激光功率1.45KW、焊接速度2.54m/min有利于提高激光焊接头的力学性能,接头拉剪力可达16.2kN;板厚组合为1.5mm+0.6mm时,选择激光功率1.98KW、焊接速度2.54m/min有利于提高接头的力学性能,接头拉剪力为15.1kN。装配间隙对不锈钢激光焊接头熔深、熔宽,微观组织及力学性能具有明显的影响。随着装配间隙增加,焊缝上表面出现了不同程度下榻,背面焊缝出现不连续,结合面熔宽先增加后降低,焊缝胞状晶由横向生长转变为从下板向上生长。激光焊接头拉剪试验结果表明,板厚组合为1.0mm+0.6mm时,随着装配间隙的增大,接头拉剪力逐渐减小,结合接头疲劳性能试验结果,装配间隙控制在≤0.2mm对激光焊接头的力学性能不会产生明显的影响。板厚组合1.5mm+0.6mm时,随着装配间隙的增大,接头拉剪力先增大后减小,装配间隙控制在≤0.3mm对激光焊接头的拉剪性能不会产生明显的影响。