随着科技的发展和人类的进步,铝合金凭借其本身的优良特性在人类的生产生活中发挥了越来越重要的作用,尤其是在交通运输和航空航天领域,成为了节能减排的优选金属材料。铝合金的应用推广,推动了铝合金的焊接,激光焊接作为一种高效精密的焊接方法,已经在工业生产上得到了广泛应用,但是由于铝合金特殊的物理性质,使得铝合金激光焊接较难获得优良的焊缝形貌,极易产生气孔、裂纹、接头软化等焊接缺陷,极大地阻碍了铝合金激光焊接的应用推广。为了解决铝合金激光焊接焊缝成形质量差、接头强度不足等问题,本文搭建了铝合金激光扫描焊接试验平台,以5mm和3mm厚的5052铝合金为研究对象,对铝合金激光扫描焊接下的焊缝成形特点、熔池流动规律及力学性能展开了具体研究。(1)介绍了激光焊接的作用机理及技术特点,概述了铝合金的材料特性及铝合金激光焊接的技术难点,介绍了激光扫描焊接头的工作原理,激光扫描焊接的优势、研究现状以及发展前景,搭建了配有高速摄像系统的铝合金激光扫描焊接试验平台。(2)采用单因素变量法,分别研究了不同扫描轨迹下,扫描幅度和扫描频率的变化对焊缝表面形貌及截面形貌的影响规律。结果表明,扫描频率和扫描幅度的增大会使激光线能量减少,引起焊接模式从小孔深熔焊向热传导焊发生转变。焊缝熔宽会随扫描幅度和扫描频率的增大而先增大后减小,焊缝熔深会随扫描幅度和扫描频率的增大而持续降低。相比常规激光焊接,激光扫描焊接能够获得更优的焊缝表面质量,焊缝表面的鱼鳞纹更为致密均匀。(3)采用高速摄像系统对不同扫描轨迹下的铝合金熔池进行了观测,并对不同扫描幅度和扫描频率下的焊缝中的气孔率进行了检测。结果表明,相比常规激光焊接,激光扫描焊接下的熔池长度更长,熔池宽度也有一定程度的增加,熔池的冷却时间也大幅延长,焊缝气孔率显著降低。激光扫描焊接会加速熔池流动,提升熔池的稳定性。其中,“∞”形激光扫描焊的熔池稳定性最佳,飞溅数量最少;“8”形激光扫描焊的熔池长度最长,冷却时间也最长。当扫描幅度在0.7~1.9mm、扫描频率在80~180Hz之间变化时,焊缝中的气孔率均低于2%,激光扫描焊对焊缝中的气孔缺陷具有显著的抑制作用。(4)采用五因素五水平的正交试验对激光扫描焊接试件的抗拉强度进行了分析,研究了激光功率、焊接速度、离焦量、扫描幅度、扫描频率等因素对试验结果的影响程度及影响规律。结果表明,在“0”形激光扫描焊中,扫描幅度对焊接试件抗拉强度的影响作用最大,焊接速度对“8”形激光扫描焊焊接试件的抗拉强度影响最大,在“∞”形激光扫描焊中,激光功率、焊接速度、离焦量几乎对焊接试件的抗拉强度起着同等作用的影响程度。