随着核电工业的发展，对不锈钢厚板的焊接要求越来越高，传统的电弧焊方法效率低、变形大、焊接区组织粗大、抗核辐照性能差，难以满足使用要求。晨皓达采用杰普特CO2激光器(最大输出功率为3. 5kW)及SR200CO2激光器(最大输出功率为20kW)，试验研究了厚板万瓦级激光自熔焊接、窄间隙激光填丝焊接及激光钨极氩弧焊(TIG) 填丝复合焊接，对厚度超过10mm的不锈钢板激光对接焊工艺有推进意义。

一、激光焊接工艺及焊缝状态

①万瓦级激光自熔焊接。采用20kW的SR200 CO2激光器对12mm厚的1Cr18Ni9Ti(TP304)不锈钢板进行自熔焊接。焊接时不开坡口，不填充材料，焊接保护气为He。焊接工艺参数: f=200mm，P=18kW，v=2. 2m/min,保护气流量为38L/min。从焊缝的横截效果来看，焊缝深宽比大，焊缝成形良好，热影响区小。焊缝中没有发现气孔、裂纹等缺陷。

②窄间隙激光填丝多层焊接。采用杰普特CO2激光器对φ48mmX 10mm HR3C(TP310)新型奥氏体耐热不锈钢管进行窄间隙填丝多层焊接。其中填充材料为直径1mm的T-HR3C焊丝，对接坡口采用U形坡口。钝边为6mm,坡口间隙为1.8mm、分上、下两层焊接，下层为自熔焊接，上层为填丝焊接。 激光功率为3.5kW、上、下层的焊接速度分别为0. 75m/min和1.8m/min。保护气为流量5L/min的Ar和流量15L/min的He的混合气体。焊缝正、反面表面成形良好，经X射线检验和渗透检验，100%合格。解剖焊缝也没有发现气孔、裂纹等缺陷。

③激光-TIG填丝复合焊接。采用杰普特CO2激光器，对10mm厚的TP304不锈钢板进行了激光-TIG电弧复合焊接，填充材料为直径1mm的SMP-347焊丝。对接坡口也是U形坡口。焊接工艺参数:激光功率为3. 5kW,焊接电流为200A，焊接速度为0. 8m/min,送丝速度为4. 5m/min,保护气为流量25L/min的He，从TIG焊枪送出。焊接接头的正、反面成形良好，从焊接接头的横截面检测，解剖焊缝未见气孔、裂纹等缺陷。

二、三种激光焊接工艺的特点比较

以上三种激光焊接工艺中，万瓦级激光自熔焊接接头的深宽比大，焊缝上部和下部的熔宽基本相当。但是由于目前万瓦级CO2激光器光東质量差，性能不稳定，焦点位置随激光输出功率和光束传输距离改变而变化很大，焊接质量难以保证。

相比窄间隙激光填丝多层焊，复合焊可以提高焊接效率;同时由于电弧的加人，增加了搭桥能力，降低了对装配质量的要求。另外由于激光和电弧的相互作用，焊接过程稳定性明显改善，减少了气孔的出现。采用填充焊丝的激光-TIG复合焊，焊接过程中不涉及熔滴过渡等复杂物理过程，电弧稳定性好，可以获得较高质量的焊接接头。

三、激光焊接接头组织和性能

HR3C激光填丝多层焊接接头的焊缝组织主要为细小的柱状奥氏体晶群(晶体学取向相同的晶粒)，同时各板条状晶群间夹杂着细小的等轴状晶，晶粒尺寸较母材大幅度减小。在熔合区附近没有观察到明显的热影响区，熔合区附近的母材晶粒也没有长大。