在轨道列车的制造中,电阻电焊技术已经发展得很成熟。随着激光行业的成功发展,激光制造技术尤其是光纤激光器在多个领域的使用已经日益显示出相对于传统焊接方法的优势。基于对不锈钢车体焊接的研究,本文首先利用不锈钢车体制造专用SUS301L系列不锈钢进行多种焊接接头类型的激光焊接工艺试验,得到了对接、搭接以及T型角接头的最优化工艺参数;同时研究激光搭接焊背痕控制,进一步得到了SUS301L系列不锈钢非穿透型激光搭接焊的背面最佳温度区间;最后通过对比研究不锈钢激光对接与MIG焊在焊缝形貌及力学性能等方面的差异,为不锈钢车体焊接方法的选择提供了可用的数据及相关理论知识;其中详细内容如下:

1)在激光功率P3500W,焊接速度V3.6m/min;离焦量D+4mm的条件下,实现了1.5mm+1.5mm板激光对接,并获得了外观形貌和组织性能均良好的焊接接头;其中焊缝接头的抗拉强度可达母材的88%以上,通过X射线无损检测显示无气孔无裂纹等一系列缺陷。

2)在激光功率P3000W,焊接速度V4.24.8m/min4.8m/min之间;离焦量D+4mm的条件下,0.8mm+1.5mm激光搭接焊获得了承载能力良好及背面未焊透的搭接接头,通过温度场模拟获得SUS301L系列不锈钢优化参数下焊缝背面温度区间,便于指导实际生产。

3)在激光功率P4000W,焊接速度V3.0m/min;光束入射角α为20°,光束入射位置d0.5mm时,获得了单束激光施焊三面成形T型接头。其中对T型接头激光自熔焊焊缝成形质量影响最大的因素是光束入射位置,光束入射位置不理想都会使T型接头的组织均匀性以及力学性能受到严重影响;在确定最优参数的情况下,可以使不锈钢在单束激光自熔焊工艺条件下获得与双束激光两侧同时施焊相差不大的横向拉伸力,接头组织及性能符合使用要求。

4)通过激光对接焊与MIG焊的对比研究,发现激光焊接焊缝在焊缝形貌与焊后变形情况都优于MIG焊缝;焊缝的金相组织状态差异较大,激光对接焊由细小的柱状奥氏体枝晶和枝晶间δ铁素体组成,而MIG焊组织为粗大固溶态奥氏体;两种焊接方法焊得的焊缝的力学性能差异明显,激光焊焊缝各性能均优于MIG焊缝。