激光焊接技术拥有高效率、高精度、易自动化、可焊难熔材料和异种材料、焊缝热作用范围小、焊缝深宽比高等优点,是先进的材料连接加工技术。现今激光焊接技术发展飞快,在很多领域获得推广与应用,例如锂电池行业、船舶建造业,所以越来越渴望提高激光焊接质量。研究发现激光焊接质量受熔池匙孔瞬态行为的影响。为了充分地认识激光焊接过程和提高激光焊接质量,论文主要研究304不锈钢激光焊接在不同熔透状态下和不同激光入射角下的熔池匙孔瞬态行为。本文借助数值模拟技术呈现了304不锈钢激光焊接在六种不同焊接参数状态下熔池匙孔的演变过程。基于数值模拟的结果,结合表面张力、马兰戈尼力等相关知识,分析每种条件下熔池形态、熔池流场、匙孔行为的特点,为获得良好的焊件提供一定的理论参考。首先利用不同的激光焊接工艺参数试制出未熔透、不充分熔透和全熔透三种类型的焊件样本,同时使用不同的激光入射角进行焊接试验。此外,选取部分焊件进行切割、磨削、抛光和腐蚀,以获取焊缝的横截面形貌为验证仿真结果提供依据。然后基于流体力学的基本方程,建立激光焊接过程熔池和匙孔之间耦合的三维瞬态模型,采用光线追踪热源描述激光能量分布,在模型中考虑热辐射、热对流、蒸发潜热、马兰戈尼力、反冲压力和表面张力等多种物理因素。其次,在建立的模型基础上,利用FLOW 3D流体仿真软件模拟未熔透、不充分熔透和全熔透三种类型的激光焊接过程,将仿真结果和试验后获得的焊缝横截面图进行比较,结果得出该模拟可以反映激光焊接实际过程。基于仿真结果分析发现:每种熔透焊接状态下熔池和匙孔都各有特点,匙孔在全熔透焊接时波动最大;在未熔透焊接时熔池内部的流动模式相对稳定,而在不充分熔透和全熔透焊接时熔池内部的流动相对复杂;在全熔透焊接时,焊件所吸收的激光能量有较大的变化幅度。分析试验结果发现焊件熔透状态和焊接工艺参数存在一定的联系。最后,基于建立的激光焊接数学模型,借助FLOW 3D软件对激光入射角分别为30°、0°、-30°的焊接过程进行模拟仿真,再结合试验结果证实了模拟的可用性。分析了不同激光入射角下熔池温度场、流场和匙孔形貌的变化。结果得出激光入射角对熔池中流体流速产生影响。通过对匙孔后壁反冲压力分析可知,激光入射角为正时,有利于抑制飞溅形成;而激光入射角为负时,则促进飞溅生成。激光入射角的正负明显影响匙孔的稳定性,当激光入射角为负时,匙孔稳定性降低,坍塌频率增加,产生气泡的概率提高。另外分析试验结果得知,随着激光入射角的增大,焊件的熔深减小,使用合适的激光入射角可以改善焊件成形质量。