当下,高速列车的进一步提速对列车转向架轻量化提出了更高的要求,针对转向架的减重设计,采用更高强度的转向架用钢,降低板厚实现减重是一种研发周期短、生产成本低,技术条件较成熟的方案。N800CF高强贝氏体钢是南钢研制生产的新一代高强度、高韧性、焊接性能优良的焊接结构用低碳贝氏体钢。采用此贝氏体钢构架减重可达25%以上。以往针对此类板厚达12mm的低合金结构钢均采用弧焊方式多层多道焊接,导致焊接效率低下、焊件变形大。因此本研究采用激光-电弧复合焊接方式探索贝氏体钢单道焊接工艺,实现高效焊接。厚板高能激光-电弧复合焊接单道工艺接头存在普遍共性问题,其中焊缝根部驼峰缺陷最为突出。本文研究了12mm厚低碳贝氏体高强钢激光-GMAW复合焊接(激光前置)单道工艺根部驼峰缺陷形成原因,并采用电弧前置激光-电弧复合焊接模式获得无驼峰的焊缝,然后对比分析同工艺条件下激光前置与电弧前置激光-电弧复合焊接工艺过程与组织性能差异。在激光功率7.2k W,焊接速度16mm/s,送丝速度12m/min,离焦量0mm的工艺条件下,采用高速摄像对焊缝表面熔池、焊缝根部驼峰熔池行为进行整体分析,发现根部驼峰熔池形成主要包括熔融金属聚集、驼峰形核长大、熔池凝固三个阶段。结合PIVlab工具对焊缝根部驼峰熔池流速进行了定量分析发现,焊缝根部驼峰熔池不同位置流速的显著差异是形成根部驼峰的关键,对驼峰形成全过程整体平均速度统计获得此时熔池流速为108mm/s,说明熔池流速远大于焊接速度也是造成驼峰缺陷的原因。针对焊缝根部驼峰缺陷,选取激光功率、焊接速度、送丝速度作为试验因素;选取驼峰数目、驼峰面积、焊缝截面积为试验指标,建模分析影响该缺陷的主要工艺参数,发现焊缝截面积模型失真率最低(P=0.012),P值越小,显著性越高,试验工艺参数相关系数最高(96.38%),并且焊缝截面积与试验参数的相关显著性大小依次为焊接速度(小于0.0001)>送丝速度(0.0104)>激光功率(0.0535)。焊缝截面积模型预测的激光功率最优工艺为6.2～7.6k W,送丝速度为12.2～12.7m/min,焊接速度为15.0～16.5mm/s;根据模型预测结果进行试验研究,在激光功率6.5k W,送丝速度12.5m/min,焊接速度16mm/s的工艺参数下,获得了成型良好无根部驼峰的焊缝。基于最优工艺条件,研究表明电弧前置模式相比于激光前置模式能够抑制驼峰形成的主要原因为:工艺过程熔滴过渡周期更长(4.2ms>3.4ms),熔滴直径更小(1.65mm<1.83mm),熔池熔融金属量积累更慢(较小的重力,合力方向表明此模式下熔滴与垂直方向的角度更大),同时试验结果证明电弧前置模式具有更高的电参数稳定性。另一方面,电弧前置模式下焊缝无明显驼峰,咬边,气孔缺陷,其焊缝的硬度分布更稳定、均匀。两种焊接工艺下焊缝硬度最大值均出现在热影响区(粗板条贝氏体),最小值均出现在部分相变区(块状铁素体)中。同时,电弧前置焊接接头的冲击吸收功比激光前置模式高21.89%。