窄间隙激光填丝焊是指在激光焊过程中开窄间隙坡口，并向坡口内自动送入焊丝，激光光束使焊丝熔化，冷却后与母材一同形成焊缝。同时在激光光束作用下，母材金属熔化形成匙孔。在激光枪体前方或者后方装有导气管，侧吹惰性气体对金属等离子体进行抑制，同时对焊缝进行气体保护。窄间隙激光填丝焊技术集合了窄间隙和激光填丝焊的优势，成为厚板焊接中最具潜力的研究方向之一。

1、窄间隙激光填丝焊国内外研究现状

国外方面，日本的YoshiakiArata等[17]利用单面阶梯型坡口形式对SM41A进行焊接试验，研究了窄间隙焊接过程中主要工艺参数对焊丝熔化以及焊缝成形的影响规律，成功焊接了50mm厚钢板，焊缝截面宏观形貌以及坡口形式如图1-1所示：

图1-150mm厚SM41A接头横截面宏观形貌及坡口形式

法国的CosteF.[18,19]等人为解决窄间隙激光焊接侧壁未熔合的难题，采用双光束方式扩大光斑加热面积，从而使得侧壁熔化充分，实现了厚度为60mm的不锈钢激光填丝多层焊接。美国的A.S.Elmesalamy[20]等人采用V型和X型坡口对316L不锈钢进行激光填丝焊接，焊缝成形美观。SanaBannour[21]用模拟的方法探究了保护气体对焊缝成形的影响，结果发现，保护气体气流量增大，焊缝形貌变得狭长。日本的TakeshiTsukamoto[22]采用激光光束摆动的方法实现厚板的双面焊接，据称可以实现单道焊接60mm厚板，双面焊接可达到150mm，如图1-2所示。采用激光摆动提高可以焊接的厚度，但是侧壁未熔合缺陷仍然无法完全避免。法国的AlmirHeralic[23]研究了激光填丝焊试验中焊丝高度对熔池形貌的作用，试验结果表明，当焊丝距离工件表面高度过高时，会形成滴状过渡，导致焊丝送进过程不稳定。

(a)单面焊 (b)双面焊

图1-2厚板窄间隙激光多层焊坡口尺寸示意

(a)60mm厚板焊接坡口示意图 (b)接头横截面

图1-3304不锈钢窄间隙激光填丝焊坡口示意及接头横截面

国内方面，北京工业大学梅汉华等人[24]其利用6kW的CO2激光器焊接了坡口为I型的25mm厚低碳钢材料。江苏大学的王文政[25]等人针对20钢进行了窄间隙激光填丝焊试验研究，结果发现，上层焊缝成形主要受送丝速度影响，而送丝速度对下层焊缝成形影响不大。北京工业大学吴世凯等[26]采用3.5kW的CO2激光器焊接了12mm厚钢板，利用激光自熔焊熔透6mm钝边，再进行单道激光填丝焊满整个坡口。上海交通大学的王柏平[27]采用1道激光自熔、4道激光填丝实现了35mm厚度Q345D钢板的焊接，研究了工艺参数对焊缝成形的影响，得出焊接工艺参数最优工作窗口，接头拉伸和硬度等力学性能测试合格。北京工业大学的张国伟，肖荣诗等[28]利用光纤激光器焊接了如图1-3(a)所示的60mm厚的304不锈钢板，获得的接头如图1-3(b)所示。在坡口角度的选择上，温鹏，郑世卿等[29]发现：激光在坡口内侧壁反射有助于侧壁的熔合。在窄间隙激光填丝焊中采用U形坡口和正离焦，可以解决底部层间未融合。如图1-4所示。

沈阳工业大学的徐国建等[30]利用光纤激光器焊接了板厚为15mm的SUS306LN奥氏体不锈钢，分析得出：激光离焦量过小导致了侧壁未融合。激光填丝焊可改善间隙的适应性，并且通过调整焊缝金属成分可以获得焊缝的理想性能[31]。华中科技大学的余阳春[32]在对熔丝机理的研究中发现：熔化的焊丝金属液滴与母材之间只有形成了“液桥”过渡时，激光填丝的焊接过程稳定性才最好。刘红兵等[33]用高速摄影方法对送丝方式和角度进行了研究，结果发现：焊丝熔入以液桥过渡方式得到的焊缝形貌最为理想；相较于后置，采用前置送丝时熔化效率较高；送丝角度影响焊丝吸收激光能量的效率。