304不锈钢薄板激光焊接技术研究
304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析
奥氏体不锈钢以其优良的抗腐蚀、 耐高温和综 合力学性能广泛应用于机械、化工、核电等行业的焊 接结构中；在受热作用的焊接区,因组织发生了非平 衡、非均匀的转变,使焊接接头的抗裂纹和耐高温腐 蚀等性能受到影响,因此,焊接时热影响区的宽窄就 显得比较重要[1]。 激光焊接由于具有能量密度高、焊 缝深宽比大、变形热影响区小、焊缝致密、焊接质量 好等特点日益受到重视[2]。 本次研究采用激光设 备 全面研究了不锈钢的脉冲激光焊焊接工艺参数,并 基于 ANSYS 软件,对不锈钢薄板焊接的温度场进行 三维数值动态模拟, 以期能将研究成果运用到更为
3.2 熔深分析 由图 4 可以看出， 焊接熔深几乎与焊接速度成
反 比 ,焊 接 速 度 过 快,难 以 形 成 “小 孔 效 应 ”, 而 过 低 的 焊接速度会使材料过渡熔化和烧损, 所以焊接时应 选择合理的焊接速度。 计算结果表明,当焊接速度约 为0.4 m/min 时,熔 深 为 0.5 mm 以 上,能 够 保 证 工 件
A=573 B=759 C=921 D=1247 E=1723
图 3 工件上温度场分布(℃) Fig.3 Temperature field of workpiece(℃)
0.6
焊缝尺寸 / mm
0.5
熔深
0.4
0.3
熔宽
0.2
0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
焊接速度 /(m·min-1)
图 4 焊接速度对熔宽和熔深的影响 Fig.4 Effect of welding speed on welding width and depth
304不锈钢激光点焊工艺研究
304不锈钢激光点焊工艺研究陶汪陈彦宾李俐群吴林（现代焊接生产技术国家重点实验室，哈尔滨工业大学 150001）提要本文以304不锈钢作为试验材料，采用搭接的方式进行激光点焊试验，研究了激光功率、焊接持续时间、离焦量和间隙对焊点形态及尺寸的影响规律。
试验结果表明，在熔透情况下，焊点上表面都呈现明显的下塌，持续时间或者间隙较大时，下表面还会出现内凹。
随着焊接持续时间的增加，焊点整体尺寸增长较快，中心的下塌和内凹深度都有明显增加；而随着激光功率的增加，焊点尺寸增长缓慢。
当间隙变大时，焊点熔合面出现收缩现象。
关键词激光点焊焊点尺寸下塌An experimental study on laser spot welding of 304 stainless steelTao Wang Chen Yanbin Li Liqun Wu Lin(State Key Laboratory of Advanced Welding Production Technology, Harbin Institute ofTechnology 150001)Abstract Laser spot welding of 304 stainless steel was carried out and the relationship between the welding parameters and the geometry of laser spot welds was investigated. The experimental results indicate that the influence of the laser pulse duration on the geometry of spot welds is more significant than that of the laser power. At the condition of full penetration, the surface concave is obvious, and the concave of the bottom side is found when the pulse duration or the dimension of gap increases. Moreover, the fusion area contracts with the increase of gap dimension.Keywords laser spot welding weld geometry surface concave1. 引言目前生产中所使用的点焊方式大多为电阻点焊，它易于实现自动化和机械化，生产效率高。
超薄不锈钢微激光焊接工艺优化研究
超薄不锈钢微激光焊接工艺优化研究以超薄不锈钢(SUS304)为研究对象，本文通过激光焊接工艺的优化，以解决SUS304板材的焊接缺陷和焊接强度低的问题，提高焊接质量。
为了优化超薄不锈钢激光焊接工艺，本文采用实验设计和正交设计的方法，确定不锈钢激光焊接工艺参数和焊接条件。
实验设计和正交设计将焊接参数分为3组，分别为焊接速度、层数和焊接强度。
实验采用四个变量，分别为焊接速度、层数、焊接强度和花孔形状，通过实验确定最优的工艺参数组合。
由实验结果可知，所优化的焊接参数为焊接速度为
1m/min，层数为4层，焊接强度为77.1MPa，花孔为1mm，此工艺的质量比传统工艺要高出14.06%。
焊接试验结果表明，优化后的SUS304超薄板焊接工艺可以满足焊接质量的要求，具有良好的焊接质量，包括花孔形状尺寸均匀，焊缝形状匀称，宽度较低，表面光洁无异物，焊缝外观无焊丝、焊裂和熔桥，焊接形貌无挤出、脉动等问题，实验结果证明，优化后的工艺参数对薄板的焊接强度有较大提高，满足需求。
综上所述，本文以超薄不锈钢为研究对象，以实验设计和正交设计的方法确定最佳焊接工艺参数，将焊接参数分为3组。
304_不锈钢激光焊接接头组织性能及断裂机理研究
精密成形工程第15卷第9期吕光宙1，马泽铭1*，许爱军2，郭文俊1，代国宝2，郭伟夺2（1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266111；2.北京卫星制造厂有限公司，北京 100094）摘要：目的研究工艺参数对接头微观组织及力学性能的影响规律，观察断口形貌并揭示断裂机理。
方法基于生产实际，采用激光焊接技术对304不锈钢进行平板对接试验，利用金相显微镜、扫描电镜和背散射电子衍射等手段观察不同焊接参数下的接头微观组织，利用拉伸试验机及显微硬度仪测试其力学性能；通过疲劳试验机测试不同应力下的疲劳寿命，并绘制相应的S-N曲线；使用扫描电镜观察并分析疲劳断口的形貌特征。
结果焊缝中心由等轴状奥氏体和针状铁素体组成，熔合区以柱状晶的形式向焊缝中心生长。
激光功率及焊接速度越大，柱状晶的尺寸越小。
当激光焊接功率为1 390 W、焊接速度为13 mm/s、离焦量为−10 mm时，304不锈钢激光焊接接头的力学性能最好，此时的抗拉强度为785.9 MPa、伸长率为75.6%，拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。
在高应力水平（350 MPa和500 MPa）下，疲劳断口由裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬时断裂区组成，焊缝具有优良的抗疲劳性能。
结论焊接速度越快、焊接功率越小、离焦量为负，得到的焊接接头硬度越高，由于细晶强化及加工硬化的双重作用，接头达到了最佳力学性能。
关键词：304不锈钢；力学性能；激光焊接；断裂机理；微观组织DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.09.009中图分类号：TG456.7 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)09-0074-09Microstructure, Properties and Fracture Mechanism of 304 StainlessSteel Welding Joint by LaserLYU Guang-zhou1, MA Ze-ming1*, XU Ai-jun2, GUO Wen-jun1, DAI Guo-bao2, GUO Wei-duo2(1. CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Shandong Qingdao 266111, China;2. Beijing Spacecrafts Co., Ltd., Beijing 100094, China)ABSTRACT: The work aims to study the effect of process parameters on the microstructure and mechanical properties of the joint and reveal the fracture mechanism by observing the fracture morphology. The plate butt test was carried out to 304 stainless steel by laser welding technology based on the actual production. The microstructure of the joint under different weld-ing parameters was characterized by metallurgical microscope and scanning electron microscope combined with electron back-scattered diffraction. The mechanical properties were measured by the testing machine and microhardness tester. The fatigue life under different stresses was tested by fatigue test. S-N curves of the three specimens were drawn, and the morphology charac-teristics of the fatigue fracture were observed and analyzed by SEM. The results indicated that the weld center was composed of收稿日期：2023-03-24Received：2023-03-24基金项目：国家科技重大专项（2014ZX04001-151）Fund：Major National Science and Technology Project(2014ZX04001-151)引文格式：吕光宙, 马泽铭, 许爱军, 等. 304不锈钢激光焊接接头组织性能及断裂机理研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(9): 74-82.LYU Guang-zhou, MA Ze-ming, XU Ai-jun, et al. Microstructure, Properties and Fracture Mechanism of 304 Stainless Steel第15卷 第9期 吕光宙，等：304不锈钢激光焊接接头组织性能及断裂机理研究75equiaxed austenite and acicular ferrite, and the fusion zone grew towards the weld center in the form of columnar crystals. The size of columnar crystals decreased with the increase of laser power and welding speed. When the laser welding power was 1 390 W, the welding speed was 13 mm/s, and the defocusing amount was −10 mm, the mechanical properties of 304 stainless steel laser welding joint were the best. The tensile strength reached 785.9 MPa, the elongation was 75.6% and the tensile fracture was typical ductile fracture. The fatigue fracture of the joint which had excellent fatigue resistance was composed of crack ini-tiation zone, crack propagation zone and instantaneous fracture zone under high stress level (350 MPa and 500 MPa). The hard-ness of welding joint is higher under the condition of high welding speed, low welding power and negative defocus. Due to the dual effects of fine grain strengthening and work hardening, the best mechanical properties are achieved. KEY WORDS: 304 stainless steel; mechanical properties; laser welding; fracture mechanism; microstructure304不锈钢因具备优良的耐腐蚀性、耐高温性[1-3]以及良好的可加工性和综合力学性能，被广泛应用于城轨交通、航空航天、核电化工及食品医疗等行业。
高功率激光焊接SUS304不锈钢数值模拟与试验研究
(2) 假定小孔壁温度为材料的汽化温度 ， 忽略
了材料汽化带走的能量和质量损失 [10-11]。
Marangoni 对流相关 。 张林杰 等人开展了侧吹气体
[9]
(3) 假定小孔反冲压力与表面张力平衡
[3,12]
，即
对激光焊接焊缝成形影响的试验研究程小孔为固定的倒锥体 ， 小孔的尺寸是基于 高速摄像拍摄及光束聚焦半径而设定的 ， 如图 2 所 示 。 小孔直径相对熔池宽度小的多 ， 小孔对熔池流动 的影响相对较小 ， 小孔壁为自由滑移边界条件 [13]， 这 样利于简化模型而重点分析熔池流动对最终焊缝成 形的影响 。
果表明 ：Maragoni 对流是 导 致 上 表 面 高 温 熔 融 金 属 液 向 熔 池 边 缘 流 动 ， 致 使 熔 宽 增 加 ， 从 而 形 成 “ 钉 子 头 ” 型 焊 缝 的 原 因 。 试验结果与模拟结果基本吻合 ， 焊接速度从 25 mm/s 降低至 10 mm/s， 熔宽和熔深均增加 ， 熔合线曲率越大 ，“ 钉子 头 ” 型焊缝越突出 。 关键词 ： 高功率激光焊接 ；Marangoni 对流 ； 数值模拟 ；“ 钉子头 ” 型焊缝 中图分类号 ：TG456.7 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001-3814(2014)23-0166-05
(1. State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082, China; 2. Laser Research Institute, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract ：A numerical simulation of high power laser welding of SUS304 stainless steel for "nail head" shape of weld defects was presented. Firstly, a three-dimensional model of coupling between heat transfer and fluid flow in the weld pool was developed, using finite element software COMSOL Multiphysics 4.3a. Heat transfer and fluid flow in the weld pool was driven by the Marangoni force, buoyancy force and latent heat were included in our model. Besides, the solid-liquid phase change behaviour was calculated by an additional source term. The effect of Marangoni convection on weld pool of temperature field, fluid field and weld pool shape were analyzed. Lastly, the numerical model was applied to SUS304 stainless steel plate with deep penetration laser welding. The results show that Marangoni convection at the upper surface leads to the hot molten metal flowing from the center to near the boundaries of the weld pool and as a consequence in wider weld pool, resulting in "nail head" shape of the weld cross section. Besides, the experimental results show that the computed weld pool shapes are in good agreement with the experimental results. Th e weld width and penetration increases with an decrease in welding speed from 25 mm/s to 10 mm/s, as a result, the curvature of the fusion line is stronger. The "nail head" shape of the weld cross section is more obvious. Key words ：high power laser welding; Marangoni convection; numerical simulation; "nail head" weld shape
304_不锈钢与PMMA_异种材料激光焊接试验研究
- 30 -高 新 技 术在异种材料领域内，金属与非金属的连接是一种较常见的形式。
金属与非金属的连接可以充分发挥2种材料的优越性，满足人们的生产需求，如何能够实现对2种不同材料的优质连接就成为了研究的一个重要课题。
目前，金属和塑料连接所采用的主要方法有机械铰合、超声波钎焊以及脉冲式光纤激光焊接等，其中脉冲式激光焊接具有焊接精度高、热影响小等优点，能够完美解决异种材料之间的不兼容问题。
304不锈钢是一种常见的金属材料，而聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）则是一种常见的高分子材料，采用先进的加工技术对这2种材料进行复合，可以在最大程度上满足工业生产中产品的需求，因而其在航空航天工业、汽车制造以及电子产品封装焊接等方面的得到了广泛的应用。
但从焊接工艺方面来看，由于304不锈钢和PMMA 是2种完全不同的材料，无论是在物理结构能还是在化学性能方面都存在巨大的差异，因此，采用传统的焊接方法很难获取高质量的产品。
为了得到高质量的焊接接头，该文针对304不锈钢和PMMA 异种材料的激光焊接进行了研究。
1 金属与非金属材料的激光焊接研究现状随着人们生活水平的不断提升，在生产生活之中，人们对产品质量也有了更高的要求，而要想生产出高质量的新能源材料，需要拥有高科技的加工技术。
金属与非金属之间的链接可以融合两者的优点，不仅能满足产品轻量化的设计要求，同时也具备足够的刚度和强度来确保产品的安全，因此国内外学者针对金属和非技术之间的连接技术进行了深入研究。
在国外，M.Wahba （2011）等人采用高功率二极管激光器对PET 和镁合金进行了焊接试验，采用了2种不同的焊接方式，首先是将塑料板置于上方进行激光透射焊，其次将镁合金板材置于上方进行激光热传导焊接[1]。
试验结果表明，进行激光焊接的速度对异种材料接头部位的抗拉强度具有显著影响，通过对2种不同激光焊接方式的对比分析可以看出，采用热传导激光焊接方式得到的异种材料焊接头拉伸强度要高于采用激光透射焊接方式得到的焊接头强度，究其原因，是气泡的离散性分散有助于2种不同材料之间的融合。
不锈钢薄板激光焊接工艺研究
不锈钢薄板激光焊接工艺研究摘要：不锈钢薄板作为一种性能优越的节约型材料，广泛地应用于国民生产中的各个领域，具有良好的发展前景。
基于不锈钢薄板的重要性，研究其焊接工艺对促进不锈钢薄板产业的发展具有重要意义。
激光焊接技术由于具有高效率、质量可控性好、焊接精度高、热输入小、焊接热影响区小、焊接变形小、一次成型等优点，其应用领域逐步拓展到航空航天、汽车制造、微电子、工业生产、生物医疗器械等各个领域，针对不锈钢薄板的激光焊接进行了研究，分析了激光工艺参数对超薄不锈钢板焊接质量的影响。
结果表明，对于不锈钢薄板激光焊接，激光功率和焊接速度对焊缝成形影响很大。
在合适的工艺参数下，不锈钢薄板焊缝成形良好。
关键词：超薄不锈钢板；激光焊接；工艺随着现在电子工业的发展，超薄板的用途越来越广泛，激光具有光束质量好、功率密度高的特点，其光斑直径小和热输入量集中的优点使得焊缝宽度窄、焊接变形小，激光在需要精密焊接的场合得到越来越广泛的应用。
薄板焊接时对热输入很敏感，要防止薄板焊穿和变形；而不锈钢薄板线膨胀系数较大，其薄板焊接更为困难。
一些加热面积大的焊接方法不适合焊接薄板，焊接薄板时最好选用能量密度集中的焊接方法。
激光焊接热输入小，焊接速度快，非常适合薄板焊接。
针对厚度3mm 的不锈钢薄板焊接工艺展开研究，采用连续激光焊工艺焊接不锈钢薄板，研究其工艺过程的规律和特点。
一、不锈钢薄板常用的焊接技术目前，不锈钢压力容器生产企业，普遍采用的主要焊接方法均为成熟的焊接工艺。
1）MIG 焊。
MIG 焊主要用于焊接板厚大于3mm 的不锈钢，并且熔化极电弧焊焊接不锈钢时其保护气体主要用Ar+02，但混合气体配比较为困难。
[1]研究了SUS304 不锈钢MAG焊接头的组织与性能。
2）埋弧自动焊。
采用埋弧自动焊工艺对大直径不锈钢薄板低温容器进行焊接，焊接质量得到了有力的控制，焊接变形也控制在允许范围之内。
但因埋弧自动焊热输入大，熔池高温停留时间长，有促进不锈钢元素偏析和组织过热倾向，容易导致焊接热裂纹，同时焊接变形大。
SUS304和SUS316F不锈钢激光焊接性能研究
本科毕业设计题目:：SUS304和SUS316F不锈钢激光焊接性能研究学院: 理学院专业: 材料物理学号: ****************: *******: **日期: 2013/6/2摘要高技术重要组成部分之一的激光技术，是20世纪科学技术发展的重要标志和现代化信息社会光电子技术重要支柱之一，尤其是激光焊接技术，以其焊接速度快、效率高、焊缝窄、热变形小、易柔性化等优异特性被很多学者连同电子束加工和离子束加工并称为21世纪最具有发展前景及最有效的加工技术。
目前激光焊接技术已应用航空航天、武器制造、船舶工业、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域。
而这些领域中大多应用SUS304不锈钢，SUS304不锈钢大多用于精密仪器。
精密仪器的焊接，传统的焊接方式很难保证其质量，而激光焊接的优点刚好符合其要求。
这使得不锈钢激光焊接性能的研究变得极为重要。
而本文主要研究的是SUS304和SUS3F不锈钢的激光焊接性能。
本实验主要研究了激光焊接功率、焊斑个数和焊接材料对焊缝处剪切力大小的影响，实验采用多组对比，得出了以下结论：激光功率越大剪切力越大，焊斑个数越多剪切力越大，SUS304不锈钢的焊接性能优于SUS316F的焊接性能。
关键词：激光焊接；SUS304不锈钢；SUS316F不锈钢；剪切力AbstractAn important part of high-tech laser technology, science and technology development in the 20th century and an important symbol of modern information society is one important pillar of optoelectronic technology, especially in laser welding technology, with its welding speed, high efficiency, narrow weld, thermal deformation is small, flexible and easy by many scholars and other outstanding features, together with the electron beam and ion beam processing and processing known as the 21st century the most promising and most effective processing technology. Currently laser welding technology has been used in aerospace, weapons manufacturing, shipbuilding industry, automobile manufacturing, pressure vessel manufacturing, civil and medical and other fields. Most of these application areas SUS304 stainless steel, SUS304 stainless steel mostly used for precision instruments. Precision welding, conventional welding is difficult to guarantee the quality of, and advantages of laser welding just meet their requirements. This allows the properties of stainless steel laser welding has become extremely important. And this is the main research and SUS3F SUS304 stainless steel laser welding performance.This experiment studied the laser welding power, the number of spot welding and welding materials for weld shear size of the impact of multi-group comparison experiment, reached the following conclusions: the greater the shear force greater laser power, welding the more the number of spots greater shear strength, SUS304 stainless steel welding performance than SUS316F weldability.Key Words:Laser welding; SUS304 stainless steel; SUS316F stainless steel; shear force目录1 文献综述 (1)1.1 前言 (1)1.2 激光焊接技术的发展 (1)1.3 激光焊接的应用 (3)1.4 激光焊接的优势和不足 (3)1.4.1 激光焊接的优势 (3)1.4.2 激光焊接也存在不足 (5)1.5 激光焊接基本原理 (5)1.6 SUS304不锈钢简介 (6)1.6.1 热处理 (6)1.6.1.1 固熔处理 (7)1.6.1.2 除应力退火 (7)1.6.1.3 稳定化处理 (7)1.6.2 SUS304的理化成分 (7)1.7 SUS316F不锈钢简介 (8)1.8 本文研究内容 (8)2 实验方案 (9)2.1 主要实验仪器 (9)2.2 实验材料 (9)2.3 试验方法 (9)3 实验结果及分析 (11)4 结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)1 文献综述1.1 前言激光是上世纪继原子能和计算机之后发展起来的又一项重大高新技术，其优异特性体现在单色性、空间和时间相干性、方向性和能量密度高度集中等方面[1]。