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奥氏体不锈钢材料以其优良的耐腐蚀性、塑性和可焊性,被广泛应用于地铁不锈钢车体的制造中。本文以下一代地铁用8mm厚SUS301L-MT不锈钢为研究对象,开展了激光-MAG复合焊和窄间隙激光填丝焊工艺特性及接头性能研究,通过对焊丝熔入行为、电弧熔滴特性、焊接工艺特性、接头微观组织和综合力学性能的分析、比较,结合EBSD技术探索焊接接头微观成形机制,为进一步指导推广激光-MAG复合焊和窄间隙激光填丝焊技术的工程应用提供了实验基础和理论依据。本文利用高速摄像技术研究了激光填丝焊的焊丝熔入行为以及激光热源对熔池的影响规律,分析了激光电弧的耦合机制,结果表明:光丝间距、焊接速度、送丝速度、激光功率和离焦量几个主要工艺参数,对熔滴过渡以及焊缝成形有着重要的影响,只有这些参数在一定范围内合理匹配才能获得良好成形的焊接接头。与激光填丝焊相比,激光-MAG复合焊的熔滴过渡稳定性以及焊缝成形较差,但是工艺参数可控范围更宽。分析比较了 301L不锈钢激光-MAG复合焊和窄间隙激光填丝焊的接头显微组织以及焊接热循环过程,结果表明:复合焊与填丝焊接头的微观组织类似,焊缝区均为奥氏体柱状晶与树枝状铁素体,热影响区和母材为奥氏体和形变马氏体;填丝焊的焊接热循环峰值温度低,冷却速度快,因此过冷度大,实际结晶温度低,晶粒更小。比较了 301L不锈钢激光-MAG复合焊和窄间隙激光填丝焊接头的综合力学性能,并绘制了纵向残余应力云图,结果表明:填丝焊、复合焊拉伸试样均断于焊缝,断裂机制为韧窝断裂;填丝焊接头的屈服强度为576MPa,抗拉强度为824MPa,断后延伸率为27.9%,均高于复合焊;填丝焊接头的硬度大于复合焊,接头软化区范围窄;两种焊接方法的纵向残余应力分布类似,均在焊缝及熔合线附近出现"应力凹陷",复合焊的纵向残余应力峰值为600MPa,高于填丝焊的304MPa。基于EBSD技术,通过分析焊接接头的熔池凝固结晶取向特征、晶粒形貌以及晶粒尺寸,从材料微观结构角度解释了激光-MAG复合焊与窄间隙激光填丝焊接头性能的差异,结果表明:焊缝晶粒是以<100>//<100>,{100}//{100}为主要取向关系择优生长,并形成{100}<100>织构;窄间隙激光填丝焊接头晶粒尺寸小于激光-MAG复合焊,在单向拉伸载荷条件下,填丝焊接头晶粒在{111}<110>滑移模式下的施密特因子普遍高于复合焊,位错滑移机制更易启动,因此窄间隙激光填丝焊接头的强度和塑性均优于激光-MAG复合焊。