隨著核電工業(yè)的發(fā)展，對(duì)不銹鋼厚板的焊接要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電弧焊方法效率低、變形大、焊接區(qū)組織粗大、抗核輻照性能差，難以滿足使用要求。晨皓達(dá)采用杰普特CO2激光器(最大輸出功率為3. 5kW)及SR200CO2激光器(最大輸出功率為20kW)，試驗(yàn)研究了厚板萬(wàn)瓦級(jí)激光自熔焊接、窄間隙激光填絲焊接及激光鎢極氬弧焊(TIG) 填絲復(fù)合焊接，對(duì)厚度超過(guò)10mm的不銹鋼板激光對(duì)接焊工藝有推進(jìn)意義。

一、激光焊接工藝及焊縫狀態(tài)

①萬(wàn)瓦級(jí)激光自熔焊接。采用20kW的SR200 CO2激光器對(duì)12mm厚的1Cr18Ni9Ti(TP304)不銹鋼板進(jìn)行自熔焊接。焊接時(shí)不開坡口，不填充材料，焊接保護(hù)氣為He。焊接工藝參數(shù): f=200mm，P=18kW，v=2. 2m/min,保護(hù)氣流量為38L/min。從焊縫的橫截效果來(lái)看，焊縫深寬比大，焊縫成形良好，熱影響區(qū)小。焊縫中沒有發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。

②窄間隙激光填絲多層焊接。采用杰普特CO2激光器對(duì)φ48mmX 10mm HR3C(TP310)新型奧氏體耐熱不銹鋼管進(jìn)行窄間隙填絲多層焊接。其中填充材料為直徑1mm的T-HR3C焊絲，對(duì)接坡口采用U形坡口。鈍邊為6mm,坡口間隙為1.8mm、分上、下兩層焊接，下層為自熔焊接，上層為填絲焊接。 激光功率為3.5kW、上、下層的焊接速度分別為0. 75m/min和1.8m/min。保護(hù)氣為流量5L/min的Ar和流量15L/min的He的混合氣體。焊縫正、反面表面成形良好，經(jīng)X射線檢驗(yàn)和滲透檢驗(yàn)，100%合格。解剖焊縫也沒有發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。

③激光-TIG填絲復(fù)合焊接。采用杰普特CO2激光器，對(duì)10mm厚的TP304不銹鋼板進(jìn)行了激光-TIG電弧復(fù)合焊接，填充材料為直徑1mm的SMP-347焊絲。對(duì)接坡口也是U形坡口。焊接工藝參數(shù):激光功率為3. 5kW,焊接電流為200A，焊接速度為0. 8m/min,送絲速度為4. 5m/min,保護(hù)氣為流量25L/min的He，從TIG焊槍送出。焊接接頭的正、反面成形良好，從焊接接頭的橫截面檢測(cè)，解剖焊縫未見氣孔、裂紋等缺陷。

二、三種激光焊接工藝的特點(diǎn)比較

以上三種激光焊接工藝中，萬(wàn)瓦級(jí)激光自熔焊接接頭的深寬比大，焊縫上部和下部的熔寬基本相當(dāng)。但是由于目前萬(wàn)瓦級(jí)CO2激光器光東質(zhì)量差，性能不穩(wěn)定，焦點(diǎn)位置隨激光輸出功率和光束傳輸距離改變而變化很大，焊接質(zhì)量難以保證。

相比窄間隙激光填絲多層焊，復(fù)合焊可以提高焊接效率;同時(shí)由于電弧的加人，增加了搭橋能力，降低了對(duì)裝配質(zhì)量的要求。另外由于激光和電弧的相互作用，焊接過(guò)程穩(wěn)定性明顯改善，減少了氣孔的出現(xiàn)。采用填充焊絲的激光-TIG復(fù)合焊，焊接過(guò)程中不涉及熔滴過(guò)渡等復(fù)雜物理過(guò)程，電弧穩(wěn)定性好，可以獲得較高質(zhì)量的焊接接頭。

三、激光焊接接頭組織和性能

HR3C激光填絲多層焊接接頭的焊縫組織主要為細(xì)小的柱狀?yuàn)W氏體晶群(晶體學(xué)取向相同的晶粒)，同時(shí)各板條狀晶群間夾雜著細(xì)小的等軸狀晶，晶粒尺寸較母材大幅度減小。在熔合區(qū)附近沒有觀察到明顯的熱影響區(qū)，熔合區(qū)附近的母材晶粒也沒有長(zhǎng)大。