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激光焊接铝合金存在工艺稳定性差、气孔缺陷严重等问题,制约了该技术在铝合金焊接,尤其是非熔透结构制造中的应用。激光振荡扫描焊接是通过振镜控制光束扫描的一种新技术,能够在继承激光焊接优点的同时降低装配精度要求、抑制缺陷并改善焊缝质量,具有进一步提升铝合金激光焊缝质量的潜力。但是相关研究,尤其是针对非熔透锁底结构的研究尚未开展。为此,本文研究了扫描路径和工艺参数对铝合金非熔透焊缝成形特征、气孔率和组织性能的影响规律。主要研究结论如下。 激光振荡扫描行为能够增大6063铝合金焊缝熔宽,尤其是焊缝下部宽度,从而改变焊缝截面形貌特征。随着扫描振幅的增加,焊缝截面由无扫描焊接的“钉”形分别转变为“V”形(纵向扫描)、“W”形(横向扫描)和“U”形(圆形扫描)。在给定参数下,激光扫描焊接小孔的开口面积峰值比无扫描焊接增加3倍,约为0.5mm2,有利于提高焊接稳定性,减少焊接飞溅,改善焊缝成形。数据表明圆形扫描具有最好的成形效果,其参数优化范围为振幅1.2-1.6mm,频率200-400Hz。 激光束振荡扫描行为能够有效抑制焊缝气孔。在圆形扫描焊接中,5A06铝合金焊缝气孔率随着扫描振幅和频率的增大而先增大后减小,直至为零。实验获得了消除气孔的扫描频率阈值,频率阈值随扫描振幅的增大而减小。当激光功率为3.5kW和焊接速度为2.0m/min时,对应扫描振幅0.8、1.2、1.6、2.0和2.4mm的频率阈值分别为500、400、175、125和75Hz。激光束振荡扫描抑制气孔的机理表现为两点:一是光束高速移动增加了小孔开口直径,提高了小孔稳定性,从而降低了气泡形成倾向;二是光束摆动增大了熔池底部尺寸,增强了对熔池的搅拌作用,提升了气泡逸出能力。 5A06铝合金锁底焊缝的抗拉强度和延伸率随着扫描振幅或频率的增大而增大,最大分别为310MPa和18%,分别达到母材的97%和87%,比无扫描焊缝提高40%和200%。分析认为气孔率是影响焊缝性能的主要原因,焊缝组织变化对性能的影响有限。