1。1 奥氏体不锈钢概述

    奥氏体不锈钢，指的是在常温下组织为奥氏体的不锈钢[2]。奥氏体不锈钢与普通碳钢相比其线性膨胀系数大，焊接时会产生弹塑性应力应变，但奥氏体不锈钢的韧性、塑性好，不易产生冷裂纹。不锈钢焊接存在的问题中，热裂纹和焊接变形是最主要的[3]。而激光焊的优点之一为焊后变形量小，同时其能量转换效率低，故通过调整参数限制线能量的输入可有效减少或抑制焊接热裂纹的产生。

    焊接奥氏体不锈钢的主要问题：热裂纹，脆化，晶间腐蚀和应力腐蚀[4]。

   （1）防止热裂纹产生措施：严格限制S，P等杂质的含量，适当提高Mn和Mo，减少C和Cu含量。限制线能量的输入，采用短弧焊、窄焊道技术，选用焊条或焊剂时应注意其中氢氧的含量。

   （2）防止接头脆化措施：将焊缝中铁素体含量控制在体积分数为2%--7%的范围内

   （3）晶间腐蚀一般在奥氏体钢接头的焊缝腐蚀区，热影响敏化腐蚀区，刀状腐蚀区出出现

   （4）防止晶间腐蚀的措施：

      1）严格控制母材及焊缝中碳的含量。

      2）不要采用热源分散的焊接方法，控制线能量在较小的范围内，在焊缝背面加铜衬垫的方法可以使接头快速冷却，从而在450--850°C的温度范围内焊缝和热影响区的停留时间会变短。

      3）在钢中添加稳定化元素Ti，Nb等。

      4）为了获得奥氏体加少量铁素体的双相组织可以在钢及焊缝中添加铁素体形成元素。

   （5）防止应力腐蚀。

      1）焊后消除焊接残余应力。

      2）选用母材的组织最好为奥氏体加铁素体的双相组织。

      3）选用高Ni焊条。

    高氮奥氏体不锈钢简称高氮钢，室温下基体组织为单相奥氏体，不锈钢中的镍元素主要被氮元素部分或全部代替，其固溶氮含量大于总质量的0。4%。根据基体组织的不同，高氮不锈钢还分为高氮铁素体、马氏体不锈钢、高氮双相不锈钢。组织为奥氏体和铁素体的不锈钢称为双相不锈钢。这两类钢中氮的含量一般大于总质量的0。08%。

    氮合金化对不锈钢的影响是双重的，氮与碳强化奥氏体的机理相同都是间隙形式，但是碳会导致晶间碳化物析出。通过氮元素进行合金化的高氮钢，具有以下优势[5]：（1）相比于碳元素，氮的固溶强化效果更加明显，并且能够促使晶粒细化；（2）作为奥氏体形成元素，氮元素替代了镍元素，降低了铁素体与形变马氏体的成形能力；（3）显著的加强了材料的抗点蚀性，抗缝隙腐蚀性，抗应力腐蚀性。故高氮钢的强韧性、抗蠕变性和耐蚀性十分优良，在船舶，电力，铁路或压力容器，化工设备等领域应用广泛[6]。

    高氮钢主要用途为结构钢，它的使用发展受被其焊接性能所制约，因此对于高氮钢，首先要对它的焊接性能进行研究。由于高氮钢中的氮处于过饱和固溶体状态，氮的含量超过其平衡溶解度，在普通熔化焊过程中，易出现热裂纹，焊缝氮含量降低，气孔等缺陷。根据国内外学者的研究，相比于其他焊接工艺如MIG/MAG焊，TIG焊，发现采取激光焊时，高氮钢焊缝中氮含量比较稳定；此外，当热输入值低时，导致容易产生气孔，反之，气孔不易产生。论文网

1。2 高氮钢发展研究现状

1。3 有限元数值模拟概述

    有限元方法在如今的工艺模拟试验中广泛被采用，通过数值模拟软件来模拟工件在应力集中处的应力分布情况及热量分布，再通过与实际的工艺试验结果进行比较，能够深入理解焊接缺陷的产生产生原因，为实际生产进行理论指导。在所求问题的模型建立后对其进行分析的过程中，可简单总结为以下三点：（1）将一个结构或连续体的整体离散为许多小个体，并通过这些离散小体边界上的点连接为一个组合体；（2）用每个单元内所假设的近似函数来分步的定义整个结构内需要求解的未知场变量；（3）建立有限元求解方程，然后用对应的数值方法求出该方程的解，以此得到解决方案。有限元法的特点：（1）对于复杂几何构型的适应性；（2）对于各种物理问题的适应性；（3）建立于严格理论基础的可靠性；（4）适合计算机实现的高效性。有限元数值模拟提出可以分为以下几个部分：（1）将工件进行数学建模；（2）划分网格；（3）施加载荷；（4）求解分析。