高強(qiáng)鋼激光焊接凝固裂紋研究現(xiàn)狀

韓鵬薄， 黃瑞生， 李小宇， 楊義成， 孫靜濤

(哈爾濱焊接研究院有限公司,哈爾濱 150028)

0 前言

高強(qiáng)鋼具有減輕結(jié)構(gòu)重量、強(qiáng)度高、塑韌性好等優(yōu)點(diǎn)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，中厚板高強(qiáng)鋼在造船、建筑、機(jī)械制造及壓力容器制造等行業(yè)中的應(yīng)用非常普遍。焊接是高強(qiáng)鋼推廣應(yīng)用中的重要加工手段，提高中厚板高強(qiáng)鋼的焊接效率一直是工程技術(shù)人員所追求的目標(biāo)。目前針對(duì)中厚板焊接發(fā)展了多種高效電弧焊接技術(shù)，主要有用于T. I. M. E.，A-TIG，熱絲TIG、窄間隙埋弧焊、多絲焊、機(jī)器人雙面雙弧焊等，但是上述的焊接技術(shù)共同存在坡口尺寸大、焊接速度慢、熱輸入高、變形應(yīng)力大、組織性能惡化等問(wèn)題。激光焊接因具備能量密度集中、熔深大、變形量低、效率高和焊接速度快等特點(diǎn)廣泛用于中厚板高強(qiáng)鋼的焊接[1-3]。

長(zhǎng)期以來(lái)，高強(qiáng)鋼的冷裂敏感性是大家關(guān)注的主要問(wèn)題，但是研究發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)鋼在激光焊接中出現(xiàn)了熱裂紋，并以凝固裂紋為主，從而影響焊接構(gòu)件的服役周期。焊接凝固裂紋是否形成主要取決于凝固裂紋阻力與凝固驅(qū)動(dòng)力的大小，凝固裂紋阻力是高溫下焊縫金屬的塑性，凝固裂紋驅(qū)動(dòng)力是焊接熔池的凝固收縮及外部拘束作用下產(chǎn)生應(yīng)力-應(yīng)變，當(dāng)拉伸應(yīng)變大于焊縫金屬在該溫度時(shí)的塑性時(shí)，凝固裂紋就會(huì)產(chǎn)生[4]。激光焊接技術(shù)形成的高深寬比的熔池幾何形狀和焊接過(guò)程復(fù)雜的物理現(xiàn)象導(dǎo)致的凝固裂紋與傳統(tǒng)焊接技術(shù)產(chǎn)生的差異較大，因此，應(yīng)從不同于傳統(tǒng)弧焊角度去揭示凝固裂紋的產(chǎn)生原因。目前德國(guó)、日本等國(guó)家相關(guān)學(xué)者對(duì)高強(qiáng)激光焊凝固裂紋研究較為深入，而國(guó)內(nèi)對(duì)高強(qiáng)鋼激光及其復(fù)合焊凝固裂紋的產(chǎn)生研究尚少，對(duì)其產(chǎn)生機(jī)制未展開(kāi)深入討論。文中對(duì)國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)鋼激光焊接中的凝固裂紋研究進(jìn)行綜述，為后續(xù)研究凝固裂紋形成機(jī)制及抑制措施提供一定思路，從而對(duì)高強(qiáng)鋼的優(yōu)質(zhì)高效焊接提供一定的指導(dǎo)作用。

1 高強(qiáng)鋼激光焊凝固裂紋特點(diǎn)

對(duì)于中厚板高強(qiáng)鋼激光焊接方法主要包括激光自熔焊、窄間隙激光填絲焊、激光-電弧復(fù)合焊接等，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道不同學(xué)者采用上述焊接方法焊接高強(qiáng)鋼時(shí)均發(fā)現(xiàn)了凝固裂紋。

1.1 激光自熔焊中的凝固裂紋

激光自熔焊接多采用高功率激光焊接，其最大熔深對(duì)激光功率的依賴(lài)呈現(xiàn)近指數(shù)增加。近年來(lái)，萬(wàn)瓦級(jí)高功率激光焊接已成為國(guó)內(nèi)外熱門(mén)的前沿焊接技術(shù)之一，利用萬(wàn)瓦激光的超高功率密度，可獲得具有更大深寬比特征的焊縫，相同板厚條件下，可在很大程度上減少焊道層數(shù)，從而降低層間清理次數(shù)并減少不必要的坡口加工等，可極大提高焊接效率，特別是在中厚板鋼的焊接中具有高效優(yōu)質(zhì)焊接技術(shù)優(yōu)勢(shì)[5]。隨著研究的深入，裂紋問(wèn)題得到各國(guó)學(xué)者的關(guān)注，Nielsen[6]和Nasim等人[7]及Matsuda等人[8]均發(fā)現(xiàn)高功率激光自熔焊接厚板時(shí)形成的深窄焊縫中產(chǎn)生了凝固裂紋,裂紋均為處于焊縫中心的縱向裂紋(沿熔深方向裂紋)，如圖1[7]所示。

圖1 高強(qiáng)鋼激光自熔焊中形成的凝固裂紋

趙琳[9]在研究10 kW光纖激光焊接中也發(fā)現(xiàn)了相似的縱向凝固裂紋。

1.2 窄間隙激光填絲焊中的凝固裂紋

目前激光填絲焊的研究主要集中在窄間隙焊接中，將窄間隙技術(shù)與激光焊接相結(jié)合，在降低焊縫填充量的同時(shí)提高焊接效率、改善焊接質(zhì)量、降低接頭變形和殘余應(yīng)力，能夠滿足大型厚壁構(gòu)件低應(yīng)力和高質(zhì)量的焊接要求[10]。早在1992年P(guān)hilips等人[11]對(duì)HY80和HY100高強(qiáng)鋼進(jìn)行窄間隙激光熱絲單道焊，激光功率為15 kW，發(fā)現(xiàn)焊縫頂部出現(xiàn)凝固裂紋。Rittichai等人[12]采用熱絲焊9Cr1Mo鋼時(shí)裂紋也出現(xiàn)在焊縫中心靠近頂部，如圖2[12]所示。張益文[13]和曹浩[14]在高強(qiáng)鋼窄間隙激光填絲過(guò)程中出現(xiàn)了相似的情況。

圖2 高強(qiáng)鋼窄間隙激光填絲焊中形成的凝固裂紋

1.3 激光-電弧復(fù)合焊中的凝固裂紋

激光-電弧復(fù)合焊是將激光和電弧2種不同的熱源復(fù)合，既發(fā)揮了2種熱源的優(yōu)勢(shì)，又彌補(bǔ)了各自的不足，因此具有焊接速度快、橋接能力好、深寬比理想和裝配精度要求低等優(yōu)勢(shì)，是一種新型高效的焊接方法[15]。但是近些年來(lái)不同的研究人員在采用激光-電弧復(fù)合焊接高強(qiáng)鋼時(shí)同樣出現(xiàn)了熱烈紋， Gebhardt等人[16]在焊接15 mm厚高強(qiáng)鋼S460NH管壁時(shí)產(chǎn)生中心線凝固裂紋，出現(xiàn)在焊縫底部寬度局部增加的區(qū)域。Bakir等人[17]也做了與Gebhardt等人相似的研究，在焊縫底部發(fā)現(xiàn)了縱向裂紋，橫向裂紋(沿熔寬方向裂紋)和十字形裂紋，如圖3所示[17]。Barbetta等人[18]同樣在16 kW高功率激光-電弧復(fù)合焊接X(jué)70鋼時(shí)發(fā)現(xiàn)熱裂紋問(wèn)題，不同的是裂紋出現(xiàn)在焊縫截面中部，如圖4所示[18]。

圖3 不同送絲速度下S690QL激光-電弧復(fù)合焊的凝固裂紋

圖4 X70激光-電弧復(fù)合焊產(chǎn)生的凝固裂紋

上述研究表明：高強(qiáng)鋼激光及其復(fù)合焊中出現(xiàn)的凝固裂紋并不是偶然現(xiàn)象，其產(chǎn)生位置和形貌各不相同，情況復(fù)雜，同時(shí)又具有一定的規(guī)律性，均處于焊縫中心線上。

2 高強(qiáng)鋼激光焊凝固裂紋形成機(jī)制

為進(jìn)一步了解激光焊接凝固裂紋的形成機(jī)制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了化學(xué)成分、熔池幾何形狀、焊接參數(shù)、拘束度等對(duì)冶金與力學(xué)因素的影響，特別是對(duì)焊縫幾何特征與凝固裂紋關(guān)系進(jìn)行了較為深入的研究。

2.1 化學(xué)成分對(duì)凝固裂紋的影響

隨著超低碳、超純凈鋼冶煉、微合金化及控軋控冷等冶金技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，高強(qiáng)鋼中的雜質(zhì)元素越來(lái)越少，但對(duì)于某些碳含量高、合金元素含量多的高強(qiáng)鋼，由于激光焊接快速冷卻使焊縫凝固時(shí)元素偏析趨勢(shì)更加明顯，即使在相對(duì)較低的濃度下，雜質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致碳鋼和低合金鋼嚴(yán)重開(kāi)裂，其熱裂紋是焊接工藝中的難題。

張甫[19]與雷正龍等人[20]分別采用激光-MAG 復(fù)合焊接42CrMo和30CrMnSiA環(huán)形焊縫時(shí)發(fā)現(xiàn)凝固裂紋，兩者裂紋斷面上C，S，P 偏聚程度遠(yuǎn)高于其他位置，確定焊接中的凝固裂紋是由 C，S，P 偏聚形成低熔點(diǎn)的液態(tài)薄膜加上焊接熱應(yīng)力直接作用于結(jié)晶面上拉開(kāi)液膜形成裂紋。

Pineda Huitron等人[21]在分析結(jié)構(gòu)鋼激光焊凝固裂紋時(shí)認(rèn)為由于激光焊接過(guò)程中的快速加熱和冷卻，沒(méi)有足夠的時(shí)間在凝固過(guò)程中通過(guò)擴(kuò)散形成沉淀物，也沒(méi)有足夠的時(shí)間在加熱循環(huán)過(guò)程中溶解現(xiàn)有的沉淀物，這些沉淀物會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中從而作為裂紋形成的位置。

2.2 熔池幾何形狀對(duì)凝固裂紋的影響

20世紀(jì)80年代早期Irie等人[22-23]對(duì)深穿透電子束焊接的研究證明了熔池形狀對(duì)凝固裂紋形成的重要性，將電子束焊接過(guò)程中形成的縱向凝固裂紋分為2種：一種是在較高的焊接速度范圍內(nèi)由于狹窄的后凝固壁處缺少熔融金屬引起的；另一種是在較低的焊接速度范圍內(nèi)，熔合線在焊接的后方方向上會(huì)明顯凹入，導(dǎo)致凝固的局部延遲，從而產(chǎn)生縱向裂紋。由于激光焊接會(huì)產(chǎn)生與電子束相似的熔池,近些年來(lái)一些學(xué)者針對(duì)激光及激光復(fù)合焊接中的熔池形狀與凝固裂紋的關(guān)系進(jìn)行了較為深入的研究。

對(duì)于激光焊接形成的焊縫形狀常見(jiàn)的有酒杯形、梨形、半球形、釘子形等。Matsuda等人[8]主要研究了“酒杯形”和“井形”焊縫的形狀對(duì)激光焊接SNCM 420高強(qiáng)鋼熱裂紋的影響。通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算得出當(dāng)焊縫截面越接近“酒杯形”時(shí)越不容易出現(xiàn)裂紋，但并沒(méi)有給出解釋。

在深穿透高功率激光束作用下，熔池某處界面變寬，稱(chēng)為凸起部分，文獻(xiàn)[9,18]研究表明凸起造成了該區(qū)域的延遲凝固和應(yīng)力集中，共同促進(jìn)了凝固裂紋產(chǎn)生。2014年Barbetta[18]研究了高功率激光電弧復(fù)合焊接X(jué)70鋼中凝固裂紋形成機(jī)理，發(fā)現(xiàn)凝固缺陷與熔池凸起有很強(qiáng)的相關(guān)性。每一個(gè)凝固缺陷都出現(xiàn)在熔池的凸起區(qū)，凸起角度定義如圖5[18]所示，其數(shù)值越大表示焊縫凝固裂紋敏感性越大。

圖5 凸起角度β的定義

德國(guó)聯(lián)邦材料與測(cè)試研究所(BAM)和柏林工業(yè)大學(xué)Artinov等人近些年來(lái)一直在進(jìn)行高功率激光焊接技術(shù)及數(shù)值模擬方面的研究，他們?cè)贐arbetta研究的基礎(chǔ)上對(duì)高功率激光焊接S355鋼中熔池深度的中部出現(xiàn)的凸起區(qū)域及其時(shí)間演變進(jìn)行觀察，如圖6[24]所示，建立熱源模型[25]、獲得穩(wěn)定熔池形狀[26]，從而得出凸起部分主要是由溫度梯度帶來(lái)的表面張力差異和激光源運(yùn)動(dòng)引起上表面和下表面的熱毛細(xì)流動(dòng)形成的，并指出觀察到的熔池形狀對(duì)凝固過(guò)程中的時(shí)間相關(guān)和局部應(yīng)力分布有顯著影響，從而影響凝固裂紋的形成[27]，為進(jìn)一步研究了凸起部分對(duì)激光焊接厚壁結(jié)構(gòu)凝固裂紋的影響，采用拉梅曲線獲得三維熔池界面[28]建立結(jié)晶模型獲得擴(kuò)散和宏觀偏析情況，指出凸起部分會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的凝固行為延遲、產(chǎn)生最大拉應(yīng)力、增加了S元素的偏析，進(jìn)而促進(jìn)高功率激光焊接中熱裂紋的產(chǎn)生[29]，如圖7[29]和圖8[29]所示。趙琳等人[9]研究同樣表明小孔不穩(wěn)定性引起了熔池后部凝固前沿形狀的變化，導(dǎo)致匙孔凸起部位凝固落后于凹陷部位，增加了焊縫凝固裂紋的敏感性。

圖6 高功率激光焊接中觀察到的凸起

圖7 熱-流體動(dòng)力學(xué)模型的結(jié)果

圖8 焊縫截面P1, P2和P3位置處橫向水平應(yīng)力隨時(shí)間分布

Gebhardt等人[30]同樣關(guān)注到焊接形成的凸起部分，他同樣發(fā)現(xiàn)凸起區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中且為拉應(yīng)力。另外在未熔透焊模型的焊縫根部，應(yīng)力集中是由于焊縫下面的冷而硬的金屬材料對(duì)焊縫的收縮產(chǎn)生阻力而引起的，這能夠解釋在焊縫根部出現(xiàn)的凝固裂紋。同樣在2014年Wiklund等人[31]針對(duì)低合金高強(qiáng)鋼S420進(jìn)行高功率激光電弧復(fù)合焊接，主要研究了凝固裂紋與其周?chē)缚p和熱影響區(qū)橫截面的幾何特征之間的關(guān)系。如圖9[31]所示，得出當(dāng)焊縫和熱影響區(qū)界面傾角較大時(shí)，一般不出現(xiàn)裂紋，圖9d上半部分，并認(rèn)為橫截面和熱傳導(dǎo)的幾何特征可以作為產(chǎn)生或抑制熱裂紋的指標(biāo)，并且比應(yīng)力場(chǎng)等更容易評(píng)估和優(yōu)化。這與Bakir等人[17]在2020最新研究結(jié)果一致，并給出2點(diǎn)原因，一是因?yàn)檎J(rèn)為焊縫的側(cè)角越大，越有利于雜質(zhì)浮到焊縫表面，二是焊縫中寬度增加減小了熱應(yīng)力從而降低了裂紋傾向。

圖9 不同焊接條件下的焊縫截面

由于激光焊能量集中，會(huì)產(chǎn)生大的深寬比，有文獻(xiàn)研究了窄間隙激光填絲焊深寬比對(duì)熱裂紋形成的影響，Philips等人[11]在對(duì)高強(qiáng)鋼進(jìn)行窄間隙激光熱絲單道焊時(shí)認(rèn)為促進(jìn)凝固裂紋的因素可能是的高深寬比的焊縫上產(chǎn)生相對(duì)較高的應(yīng)變。Phaoniam等人[12]采用同樣方法焊接9Cr1Mo鋼，研究得出當(dāng)焊縫深寬比在0.6～1.2之間，會(huì)出現(xiàn)凝固裂紋，深寬比大于1.5左右反而不容易出現(xiàn)裂紋，通過(guò)三維有限元方法進(jìn)行了焊縫熔池凝固時(shí)的應(yīng)變計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明焊縫中心靠近表面處應(yīng)變最大，與實(shí)際出現(xiàn)裂紋位置相符。

以上研究表明熔池幾何形狀對(duì)激光焊中產(chǎn)生的凝固裂紋有很大影響：一是凸起部分會(huì)導(dǎo)致凝固延遲，應(yīng)力集中，雜質(zhì)元素的偏析促進(jìn)裂紋的形成。二是不同的深寬比同樣會(huì)影響焊縫凝固過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)，一般認(rèn)為加大深寬比增大裂紋敏感性。

2.3 焊接參數(shù)對(duì)凝固裂紋的影響

激光焊主要的焊接參數(shù)有焊接速度、激光功率、光絲間距、送絲速度、離焦量等，這些參數(shù)影響焊接過(guò)程中應(yīng)力狀態(tài)與液態(tài)金屬凝固行為，進(jìn)而影響熱裂紋的形成。文獻(xiàn)研究表明[7,9,13,16-17,34-35]:當(dāng)焊接速度、激光功率、固體激光器離焦量增加，送絲速度減少時(shí)會(huì)增加凝固裂紋敏感性。

Shuster等人[32]在研究13 mm厚的低合金高強(qiáng)鋼 S355N激光焊接工藝時(shí)指出當(dāng)焊接速度高于0.8 m/min時(shí)，接頭裂紋多為焊縫中心縱向裂紋。在裂紋表面觀察到規(guī)則樹(shù)枝晶排列特征，認(rèn)為激光焊縫的冷卻速度超過(guò)結(jié)晶生長(zhǎng)速度時(shí)，凝固過(guò)程在樹(shù)狀晶相互交叉連接時(shí)完成，在樹(shù)枝晶之間形成空隙，從而形成裂紋。

Matsuda等人[8]研究了焊接參數(shù)對(duì)SNCM 420高強(qiáng)鋼焊縫橫截面裂紋總長(zhǎng)度影響，隨著焊接速度、激光功率及離焦量的增加，裂紋總長(zhǎng)度數(shù)量也不斷增加，并且在熔深保持不變的情況下也得到相同的規(guī)律。Gebhardt等人[16]采用激光-MAG復(fù)合焊工藝對(duì)超過(guò)10 mm厚度的S460NH厚壁管進(jìn)行了未熔透焊接試驗(yàn)，研究了焊接參數(shù)對(duì)凝固裂紋形成的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:送絲速度減少和激光功率增加都會(huì)顯著增加裂紋數(shù)量而焊接速度的影響不明顯，與張益文[14]所得結(jié)果一致。文獻(xiàn)[18]對(duì)S690QL厚壁高強(qiáng)度鋼進(jìn)行了激光復(fù)合焊接試驗(yàn)，還表明在相同的臨界約束強(qiáng)度下，焊接速度的降低、離焦量的減小、送絲速度增加均會(huì)使焊縫根部裂紋數(shù)量顯著減少。

Schaefer等人[33-34]從發(fā)現(xiàn)42CrMoS4高強(qiáng)鋼激光深熔焊中出現(xiàn)熱裂紋后，持續(xù)研究了焊接工藝參數(shù)如激光功率、焊接速度、離焦量等對(duì)裂紋形成的影響。從 X射線無(wú)損探傷圖來(lái)看熱裂紋表現(xiàn)出一種明顯的周期性，并定義累積裂紋長(zhǎng)度為各段裂紋的長(zhǎng)度之和與焊縫長(zhǎng)度的比值。試驗(yàn)結(jié)果表明累積裂紋長(zhǎng)度隨焊接速度的增大而增加，另外在假定焊縫熔深恒定的情況下，累積裂紋長(zhǎng)度隨焊接熱輸入的增加而減少。在這之前Schaefer等人[35]提出了多示蹤粒子軌跡的方法來(lái)評(píng)估特征熔體流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)焦點(diǎn)位置會(huì)對(duì)熔體流動(dòng)特性產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響熔池幾何形狀。還研究了CO2激光器和固體激光器不同離焦量對(duì)裂紋長(zhǎng)度的影響，對(duì)于CO2激光器來(lái)說(shuō)，隨著離焦量的增大，裂紋長(zhǎng)度減少，有趣的是對(duì)于固體激光器來(lái)說(shuō)得到是相反的結(jié)果，但是與趙琳等人[9]和Bakir等人[17]采用固體激光器焊接所得結(jié)果一致。

焊接工藝參數(shù)對(duì)凝固裂紋的影響實(shí)質(zhì)上也是通過(guò)改變力學(xué)與冶金因素，但是可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論改變哪種工藝參數(shù)，宏觀上表現(xiàn)為焊縫幾何形狀的改變，是否可以通過(guò)焊縫幾何特征作為裂紋產(chǎn)生的判據(jù)值得進(jìn)一步深入研究。

2.4 拘束度對(duì)凝固裂紋的影響

從近些年來(lái)的研究工作來(lái)看，人們普遍認(rèn)為凝固開(kāi)裂是由于糊狀區(qū)液膜的拉伸斷裂造成的，因此，臨界應(yīng)力、應(yīng)變或應(yīng)變率經(jīng)常作為熱裂紋形成的標(biāo)準(zhǔn)。不同學(xué)者對(duì)力學(xué)因素方面進(jìn)行了研究。

Matsuda等人[8]研究了約束條件下和無(wú)約束條件下對(duì)SNCM 420高強(qiáng)鋼激光焊縫橫截面裂紋總長(zhǎng)度的影響，結(jié)果表明約束條件下的裂紋敏感性明顯大于無(wú)約束條件。Quiroz等人[36]采用IRC試驗(yàn)用于研究在不同約束條件下激光焊接下的熱裂紋敏感性，用17 kW激光功率零對(duì)接間隙焊接15 mm厚高強(qiáng)度S690QL，得到與Matsuda相似的結(jié)果，隨著約束強(qiáng)度的增加會(huì)導(dǎo)致更高的熱裂紋敏感性，主要表現(xiàn)在裂紋數(shù)量和長(zhǎng)度的增加。陳根余等人[37]以應(yīng)變率與裂紋產(chǎn)生的密切關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)研究了42CrMo環(huán)形焊縫接頭處凝固裂紋的產(chǎn)生，結(jié)果同樣表明裂紋與焊接過(guò)程應(yīng)變率有很大相關(guān)性，應(yīng)變率較小的工藝裂紋明顯減少。

3 高強(qiáng)鋼激光焊凝固裂紋防止措施

目前防止凝固裂紋的產(chǎn)生措施應(yīng)從冶金和焊接工藝兩方面考慮。

3.1 冶金方面

S，P等雜質(zhì)元素對(duì)凝固裂紋的形成具有就決定性作用，Matsuda等人[8]指出S的影響是P的1.8倍，Philips等人[11]通過(guò)增加送絲速度后，改善了母材稀釋率，S含量顯著降低。張甫[19]激光電弧復(fù)合焊接42CrMo時(shí)，將坡口改為 U，V 結(jié)合形式，以降低打底焊中母材稀釋率并且更換為低S，P和抗熱裂熱強(qiáng)性好的焊絲，有效防止了凝固裂紋的產(chǎn)生。

3.2 工藝方面

Petzet等人[38]采用多激光束使出現(xiàn)熱裂紋的固液區(qū)呈現(xiàn)壓應(yīng)力來(lái)防止焊接中的熱裂紋。曹浩[14]通過(guò)調(diào)整焊接工藝控制焊接熱輸入，減緩冷卻速率，減小深寬比，抑制了窄間隙焊接中裂紋的產(chǎn)生。Phaoniam等人[13]在窄間隙熱絲焊中還發(fā)現(xiàn)在較高的深寬比下，表現(xiàn)出比其它深寬比更低的高溫應(yīng)變，能夠有效降低凝固裂紋。除此之外Schaefer等人[39]提出通過(guò)激光功率的時(shí)間調(diào)制來(lái)減少鋼中凝固裂紋的形成，焊接速度在特定調(diào)制頻率范圍內(nèi)可以完全防止熱裂紋產(chǎn)生。

4 結(jié)論

(1)激光焊接具有能量密度集中、大熔深等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)中厚板高強(qiáng)鋼高效優(yōu)質(zhì)焊接的先進(jìn)工藝方法。但是激光及其復(fù)合焊易產(chǎn)生凝固裂紋，其產(chǎn)生與大深寬比、熔池的凸起部分有密切關(guān)系。

(2)目前國(guó)外對(duì)于高強(qiáng)鋼激光焊接中凝固裂紋形成機(jī)制的研究采用定性和定量相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)熔池的凸起部分會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的凝固行為延遲、產(chǎn)生最大拉應(yīng)力、增加了S等元素的偏析，一定的深寬比會(huì)增大不同位置的應(yīng)力-應(yīng)變，均提高了凝固裂紋敏感性。而國(guó)內(nèi)對(duì)此研究較少，大部分研究仍處于定性階段。凸起部分產(chǎn)生原因以及與凝固裂紋之間的關(guān)系需進(jìn)一步深入研究。

(3)在高強(qiáng)鋼激光焊接應(yīng)用中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注焊縫形狀與凝固裂紋之間的關(guān)系，焊縫形狀反映了冶金、力學(xué)、工藝三者之間的相互作用；再通過(guò)采用數(shù)值模擬手段模擬熔池溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)明確裂紋形成機(jī)制；采用雙光束或多光束激光焊、熱絲焊等工藝改變焊縫形狀來(lái)減少或消除熱裂紋都是將來(lái)研究的重點(diǎn)。