采用脉冲激光-MAG复合焊和激光-MAG复合焊两种方法,对8 mm厚、1000 MPa级的B950CF高强钢进行对接焊,对比分析两种焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能以及疲劳性能。结果表明,两种焊接方法得到的焊缝组织均由板条马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体组成,粗晶区组织为粗大的板条马氏体,细晶区组织由细小的马氏体和贝氏体组成,不完全相变区组织主要为贝氏体和少量马氏体。两种焊接方法所得焊接接头的硬度分布趋势相似,但硬度值相差较大,焊缝区的硬度均高于母材,热影响区存在软化现象。接头拉伸试样断裂均出现在母材。脉冲激光-MAG复合焊接头的疲劳强度(N_f =10 ⁷)平均值为311 MPa,相比激光-MAG复合焊接头的289 MPa提高了22 MPa,约7.6%。与激光-MAG复合焊相比,脉冲激光-MAG复合焊接头疲劳试样的疲劳源气孔更小,且焊缝组织分布更加无序,均有利于提升焊接接头的疲劳寿命。

基于优化的SUS301L-HT不锈钢激光-MAG复合焊接工艺施焊,获得了质量等级优异的接头。采用光学显微镜对接头组织进分析,分析结果表明:焊缝的软化最为严重,其组织为奥氏体柱状晶和铁素体;热影响区发生不同程度的回复和再结晶,其硬度高于焊缝。针对接头强度薄弱的焊缝区进行裂纹扩展测试,研究不同阶段的裂纹扩展特性及断口特征,讨论焊缝组织对裂纹扩展过程的影响,结果表明:铁素体是疲劳裂纹的起源位置,并成为裂纹的优先扩展通道。对工艺进行进一步优化可以改善焊缝的裂纹扩展抗力。

采用光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输出功率为10 kW的条件下单道一次穿透焊接18 mm厚EH36船用高强钢板,实现了良好的单面焊双面成形工艺技术,且无焊接缺陷存在。本次试验的最佳工艺参数为激光输出功率10 kW、离焦量0 mm、光丝间距3 mm、焊接电流400 A、焊接电压31.1 V、送丝速度14.2 m/min、焊丝伸出长度20 mm、保护气流量20 L/min、焊接速度1.5 m/min。采用分析检测设备对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊缝上部(电弧作用区)的组织特点是先共析铁素体在柱状晶界以侧板条状生长,在柱状晶内还存在少量粒状铁素体;在柱状晶内,亚结构组织主要由板条状马氏体和针状贝氏体组成,并存在少量上贝氏体;V形带状组织主要由板条马氏体与少量贝氏体构成。焊缝下部(激光作用区)组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接热影响区组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接接头最高硬度均出现在热影响区,激光作用区的焊缝硬度最高,然后依次为焊缝中V形带状组织区、电弧作用区焊缝。焊接接头在室温下的平均抗拉强度为521 MPa,拉伸试样均断裂于母材;焊接接头正弯试验满足标准要求;在-20 ℃下,焊缝金属、热影响区及母材的平均冲击功分别为57,53,52 J,力学性能指标均满足船级社要求。

以10 mm的Q345B钢板作为实验材料，采用激光-MAG复合焊接技术，通过调整焊接电流，送丝速度，焊接速度，光丝间距等复合焊接参数，探索Y型坡口高速打底焊的可行性及相关工艺适应性研究。实验过程中借助高速摄像和电压电流采集器，分析焊接电弧和熔滴过渡的行为特征。结果表明，激光-MAG复合焊能实现最大6 mm钝边以及最小角度为35°坡口的高速打底焊，焊速为1 m/min，对间隙和错边的适应性较好，激光与电弧电流的匹配对焊接稳定性有很大的影响。

采用激光-MAG复合焊接10 mm厚的Q345B钢板, 利用多元线性回归的方法分析得到了激光功率、MAG电流、离焦量和焊接速度对焊缝熔深及熔宽的影响。利用MATLAB算法优化该模型并得到了最优的焊接工艺参数组合。实验结果表明, 当激光功率为3 kW、电流为320 A、离焦量为-2 mm、焊接速度为8.3 mm/s时, 焊缝的熔深熔宽比达到最大, 验证所求的结果与实际值相差不超过5%, 该数学模型可以有效的预测焊接质量。

利用光纤激光-MAG复合焊工艺焊接了14 mm厚的EH36高强钢, 研究了激光功率、焊接速度和焊接电流对焊缝成形的影响, 并分析了优化工艺下焊接接头的组织和性能。结果表明, 随着激光功率的增大, 焊缝的熔深增大, 熔宽基本不变; 随着焊接速率的增大, 焊缝的熔宽减小; 随着焊接电流的增大, 焊缝的熔宽基本不变。最佳焊接工艺下得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷存在; 焊缝及热影响区的组织主要由板条马氏体组成; 焊缝金属的硬度大于母材的; 拉伸试样断裂位置在母材; 焊缝横向侧弯试验后, 拉伸面没有出现裂纹; 焊缝冲击试样断面为准解理断口形貌。

通过SUS301L不锈钢材料的激光-MAG(熔化极活性气体保护电弧焊)复合焊试验,研究了激光功率对不同过渡模式下熔滴及焊缝尺寸的影响。结果表明,随着激光功率的增大,金属蒸气的反作用力增大,电磁力方向发生改变并影响熔滴的过渡。在短路过渡模式下,当激光功率超过2000 W后,熔滴过渡困难,熔滴与熔池的接触点偏向激光侧。在射滴过渡和射流过渡模式下,当激光功率达到3000 W后,熔滴过渡及焊接电压出现不稳定现象。在不同过渡模式下,焊缝的熔深、熔宽均随激光功率的增大而增大;当激光功率达到2000 W后,熔深与激光功率呈线性递增关系,而熔宽基本保持不变。

针对X70 钢管道全位置激光-熔化极活性气体保护(MAG)电弧复合根焊焊接过程中，管道焊接3~6 点位焊缝背面易出现内凹，开展了管道全位置激光-MAG 电弧复合根焊焊缝成形试验研究。试验结果表明，激光-电弧复合焊接能量输入、焊枪角度对焊缝背面内凹影响较大；焊缝背面内凹可能是由于熔池液态金属重力作用导致焊缝熔融金属下淌所致。通过变参数能量输入方法，从3 点位到6 点位逐渐降低激光-电弧复合焊接功率；并向上倾斜焊枪角度使激光和焊缝切线方向成80°时，可利用保护气吹力和电弧力“托住”熔池，有效抑制内凹缺陷，改善焊缝成形。此外，发现焊缝背面有无内凹对静载拉伸性能基本无影响，有内凹管道的抗拉强度可达到596 MPa 以上，但焊缝背面内凹大幅降低了管道疲劳性能。