Effect of oscillating laser welding parameters on energy distribution and joint forming of 5A06 thick plate aluminum alloy
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摘要:
对厚度为8.0 mm的5A06铝合金开展顺时针圆形摆动(clockwise circular oscillation, CW)焊接试验，考虑光束摆动轨迹和能量叠加效应，建立工件表面能量分布模型，研究光束摆动频率和摆动振幅对接头成形及能量分布的影响，揭示光束直线分运动和圆形分运动两者交互作用对能量分布的影响机制. 结果表明，与常规激光焊相比，摆动焊光束作用范围变大，熔宽明显增加，为对接焊提供了更大的间隙适应性；工件表面能量由单峰转变为双峰，呈“两侧高中间低”分布，能量峰值为常规激光焊的1/5. 当摆动频率为200 ~ 300 Hz，摆动振幅为1.5 ~ 2.5 mm时，激光能量分布相对均匀，咬边和飞溅缺陷几乎消除，焊缝成形良好. 摆动振幅从1 mm增加至3 mm，能量叠加效应减弱，能量不均匀性增强，能量峰值减小；摆动频率从100 Hz增加至200 Hz，能量分布均匀性和对称性增加；摆动频率从200 Hz增加至300 Hz，局部叠加作用增强，能量不对称性增加.
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关键词:
- 5A06-H112铝合金 /
- 圆形摆动激光焊接 /
- 焊缝成形 /
- 能量分布
Abstract:Clockwise circular oscillation (CW) laser welding experiments are carried out on 8.0 mm thick 5A06 aluminum alloy. Considering the beam oscillating trajectory and energy superposition effect, the energy distribution model of the workpiece surface is established. The effects of beam oscillation frequency and oscillation amplitude on joints’ forming and energy distribution are studied, and the influence mechanism of the interaction between the linear and circular motions of the beam on the energy distribution is revealed. The results show that compared with conventional laser welding, the action range of the oscillating welding beam becomes larger and the melting width increases significantly, which provides greater gap adaptability for butt welding. The surface energy of the workpiece changes from a single peak to a double peak, showing a “high on both sides and low in the middle” distribution, and the energy peak is 1/5 of that of conventional laser welding. When the oscillating frequency is 200 ~ 300 Hz and the oscillating amplitude is 1.5 ~ 2.5 mm, the laser energy distribution is relatively uniform, the undercut and spatter defects are almost eliminated, and the weld is well formed. When the oscillating amplitude increases from 1 mm to 3 mm, the energy superposition effect is weakened, the energy inhomogeneity is enhanced, and the energy peak is reduced. When the oscillating frequency increases from 100 Hz to 200 Hz, the uniformity and symmetry of energy distribution will get improved. When the oscillating frequency increases from 200 Hz to 300 Hz, the local superposition effect will be enhanced and the energy asymmetry will increase.
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0. 序言
5A06铝合金凭借其高比强度、优异的抗蚀性和焊接性，广泛应用于船舶、汽车和航空航天等领域[1]. 然而，由于高温铝合金流动性好，低熔点合金元素多，在能量集中的激光焊过程中容易汽化，影响铝合金对激光能量的吸收，导致焊接过程熔池反应剧烈，匙孔不稳定，致使焊缝易产生气孔、飞溅和咬边等成形缺陷[2]. 激光摆动焊接是随光束成形技术的发展而提出的新技术，可通过小范围光束摆动方式进行焊接，提高焊接过程稳定性，改善焊缝成形、减少飞溅、细化晶粒和提升结构对接间隙适应性，为金属结构高质量焊接提供一种新的技术途径[3-4].
光束摆动有效改善接头成形质量. Chen等人[5]研究激光束线性运动、圆形摆动、8字形和反8字形4种模式对厚度为4 mmTC4接头成形和力学性能影响. 结果表明，圆形和8字形振荡下的液态金属受定向运动的涡流限制在熔池范围内，质量损失小，焊缝成形良好；反8形振荡将熔融金属输送到激光辐照范围前后的能力较强，产生了最佳的冲击和晶粒细化效果，与常规激光焊接相比，平均晶粒尺寸降低了23.8%. 解雪云等人[6]研究了未摆动、三角形摆动、无限摆动3种光束运动模式对厚度为2 mm的7075-T6铝合金激光焊接头力学性能及腐蚀行为的影响. 结果表明，引入摆动模式可以细化晶粒，减少气孔缺陷，提高焊缝硬度和抗拉强度；摆动模式下焊缝晶界析出相尺寸更小，分布更弥散，降低了腐蚀倾向和剥落腐蚀失重，提高焊缝耐蚀性. 综合性能相比下，摆动模式优于无摆动，无穷模式优于三角模式. 毕思源等人[7]对比研究了垂直摆动和圆形摆动下铝锂合金焊接裂纹的影响抑制机理. 结果表明，圆形摆动焊接方式效果优于垂直摆动，基本可消除焊缝内热裂纹，推测是由于摆动焊接的搅拌作用提高熔池流动性，促进Si元素均匀分布，“愈合作用”增强. 白明[8]研究了摆动参数(摆动频率和摆动振幅)下AlSi7MnMg材料搭接接头焊缝形貌的影响. 结果表明，与常规激光焊接相比，施加振荡激光后搭接接头由凹形角焊缝转变为凸形角焊缝，增加了母材之间的有效连接面积；同时鱼鳞纹由不均匀分布的圆弧形转变为分布间隔均匀的1/4圆弧形鱼鳞纹.
光束摆动可以有效抑制气孔形成，降低气孔率. Zhang等人[9]研究了光束摆动下Al-Si线激光焊接气孔抑制机理，并利用基于高速摄像的熔池监测系统研究了激光锁孔的动态行为. 结果表明，引入圆形振荡激光器来引导熔池规律流动，束流振荡提高了对熔池波动的抵抗能力，降低了锁孔的深宽比；此外，高频旋转锁孔可以捕获并重新熔化形成的孔隙. 夏佩云等人[10]研究了焊接速度、摆动振幅、摆动频率和摆动形式等激光摆动焊接工艺参数，对厚度为5 mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝成形与气孔率的影响. 结果表明，厚度为5 mm不锈钢激光摆动焊接，适当提高焊接速度和摆动振幅，更利于减小气孔率；激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形. Liu等人[11]发现采用无限大的振荡路径(摆动振幅为1 mm，摆动频率为100 Hz)可以有效地将锁孔引起的孔隙率抑制到0.3%的低水平. 通过高速摄影观察发现，振荡焊接可以扩大锁孔的开度，降低坍塌频率，坍缩间隔超过25 ms，这是由于激光束运动速度更高，能量分布更均匀，能量沉积速率更慢；此外，更强的搅拌效应和更大的运动范围促进气泡逃逸，从而抑制了孔隙的形成.
能量分布和接头成形质量密切相关. Ai等人[3，12]对圆形及“无限”形路径下振动激光焊接铝合金熔池的能量分布特征及对焊缝宽度的影响进行了研究. 结果表明，焊缝左侧宽度大于右侧宽度，且焊缝左侧的能量密度比右侧更集中. 随着摆动频率的增加，焊缝宽度和能量密度峰值减小. 李会明[13]发现随着摆动频率的增加能量分布的均匀性和对称性有所改善，激光扫描路径逐渐增大，激光的平均线性能量逐渐减小，导致接头的结合宽度降低. 研究围绕不同摆动模式对接头成形、组织和性能的定性影响展开，然而针对激光摆动参数对焊缝成形特性的影响，缺乏从能量分布角度出发的本质研究.
文中对厚度为8 mm 5A06铝合金开展激光摆动焊接工艺试验，提供参数优化数据参考. 建立理论能量分布数学模型，掌握摆动焊接工艺参数对焊缝成形特性及表面能量分布的影响规律，探索能量分布和焊缝成形的内在关系. 通过调节摆动振幅和摆动频率等焊接参数，在满足成形尺寸要求的同时，改善焊缝外观，减少气孔等缺陷，促进摆动激光焊接件在工程结构中的应用.
1. 试验方法
试验所用材料为5A06-H112铝合金，其成分如表1所示. 试板尺寸为200 mm × 100 mm × 8 mm. 激光焊接之前采用机械打磨和化学清洗两种方法对待焊试板进行表面处理. 激光器选择IPG YLS-10 kW光纤激光器，最大输出功率为10 kW、波长为1.08 μm；激光头选择SCANLAB hurrySCAN 30摆动激光头，激光光斑直径为300 μm.
表 1 5A06-H112铝合金的化学成分(质量分数，%)Table 1. Chemical compositions of 5A06-H112 aluminum alloySi Fe Cu Mn Mg Ti Al 0.02 0.14 0.01 0.61 6.3 0.04 余量 焊接方向垂直于试板轧制方向，试验平台如图1所示. 常规激光焊接的工艺参数为，激光功率为5.0 kW，焊接速度20 mm/s，离焦量为 + 2 mm，保护气流量为25 L/min. 在摆动焊的固定工艺参数和常规激光焊接一致基础之上，摆动频率范围为100 ~ 300 Hz，摆动振幅范围为1 ~ 3 mm. 具体焊接工艺参数，如表2所示.
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图 1 试验系统示意图Figure 1. Schematic diagram of the experimental system. (a) oscillating laser welding device; (b) beam oscillation mode表 2 焊接工艺参数Table 2. Welding process parameters焊缝 摆动频率f/Hz 摆动振幅A/mm a0 0 0 a1 100 2.0 a2 150 2.0 a3 200 2.0 a4 250 2.0 a5 300 2.0 b1 200 1.0 b2 200 1.5 b3 200 2.5 b4 200 3.0 2. 试验结果与分析
2.1 摆动参数对焊缝表面成形的影响
不同摆动参数下焊缝宏观表面形貌，如图2所示. 可以明显看出摆动焊接对改善常规激光焊接表面飞溅严重、咬边和熔池塌陷等缺陷有积极作用，这和肖珺等人[14]的研究结果一致. 当摆动频率为100 ~ 300 Hz，摆动振幅为1.5 ~ 2.5 mm之间时，焊缝表面平整连续，成形均匀，鱼鳞纹致密；咬边和飞溅缺陷几乎消除. 当摆动振幅过低(1 mm)时，图2 (g)焊缝b1表面成形和常规激光焊接无显著差异；当摆动振幅过大(3 mm)时，图2 (j)中焊缝b4发生明显波动，焊缝粗糙度增大，出现未熔合缺陷，焊缝质量变差.
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图 2 摆动参数对焊缝表面形貌的影响Figure 2. Effect of oscillation parameters on weld surface morphology. (a) weld a0; (b) weld a1; (c) weld a2; (d) weld a3; (e) weld a4; (f) weld a5; (g) weld b1; (h) weld b2; (i) weld b3; (j) weld b4为了研究摆动参数对焊缝上表面成形情况的影响，采用Rtec UP-3000三维光学形貌仪拍摄了常规激光焊和摆动激光焊焊缝上表面形貌. 激光焊接过程中，熔池流动越稳定，焊缝表面越平整，鱼鳞纹越致密，夹角变化越小，焊缝成形质量越高. 焊缝表面形貌，如图3所示. 对比分析常规激光焊接与典型激光摆动焊接三维表面形貌，可以看出相比常规激光焊接头，激光摆动焊接头的焊缝表面更平整和光滑；鱼鳞纹清晰且致密，分布更为连续和均匀，鱼鳞纹夹角增加了约54%；从焊缝边缘到焊缝中心的高度变化平缓，焊缝金属塌陷和咬边缺陷消失.
2.2 摆动参数对焊缝截面形貌的影响
表2工艺下的接头横截面形貌，如图4所示. 可以发现摆动参数对横截面形貌有较大影响. 常规激光焊接得到的焊缝，熔宽较窄呈现典型的束腰状，相同的总能量输入下已经完全熔透，并出现下塌现象，这是由于过量的熔融液态金属的表面张力无法承载其重力而沿背部塌落. 激光摆动焊接可以显著拓宽焊缝的熔宽，降低了焊缝熔深，有效改善下塌. 随着摆动频率和摆动振幅的增加，焊缝横截面形貌从“X”形逐渐变为“U”形，熔宽和熔深分别增大和减小；和熔深相比熔宽受摆动参数的影响小；焊缝由穿透焊缝变为非穿透焊缝，焊缝根部和最大余高位置逐渐偏离焊缝中心，这是光束摆动下圆形运动轨迹和水平焊接轨迹的叠加效应导致激光能量呈现不对称分布造成的. 随着摆动频率增加，焊缝表面锯齿状消失，焊缝塌陷和咬边缺陷消失，气孔率逐渐降低，直至消失；当摆动振幅为1 mm时，焊缝熔宽熔深变化不大，但是表面咬边和锯齿状缺陷消失，气孔尺寸减小.
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图 4 摆动参数对焊缝截面形貌的影响Figure 4. Effect of oscillation parameters on cross section morphology of welds. (a) weld a0; (b) weld a1; (c) weld a2; (d) weld a3; (e) weld a4; (f) weld a5; (g) weld b1; (h) weld b2; (i) weld b3; (j) weld b4对焊缝成形特征参量(熔宽、熔深)进行量化和统计分析，光束摆动参数对熔宽和熔深的影响，如图5所示. 可以看出相比常规激光焊接，摆动频率和摆动振幅的增加显著地改变了熔宽和熔深，且摆动振幅的影响更大. 随着摆动频率从100 Hz增加至300 Hz，熔深和熔宽均呈稳定下降趋势，分别下降约33.3%和14.0%，说明摆动频率对熔深的影响略大. 这是因为摆动频率增加会导致激光束在焊缝横截面上的路径更密集，单位时间内热量输入被分布到更广的区域，降低了集中热量输入的效果. 结果是焊缝的热源密度下降，使得熔深减小. 此外，在较高摆动频率下，激光束在某一点的停留时间变短，导致局部加热时间不足，难以形成深而集中的熔池. 摆动振幅从1 mm增加至3 mm过程中，熔深和熔宽分别减小52.3%和增加32.8%. 摆动激光焊接工艺在熔宽的增加使得激光焊接的间隙适应性增加.
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图 5 光束摆动参数对熔宽和熔深的影响Figure 5. Effect of beam oscillation on the width and depth. (a) oscillating frequency; (b) oscillating amplitude进一步对不同摆动频率和振幅下接头成形系数深宽比(熔深与熔宽的比值)进行统计分析，不同摆动参数下焊缝深宽比的计算结果，如图6所示. 非摆动焊接接头深宽比为1.823，b1工艺深宽比略大于该值，其他参数下深宽比均远小于此. 摆动频率小于200 Hz，深宽比变化较明显，其值大于1.0；摆动频率超过200 Hz，深宽比减小缓慢，接头更趋近于“碗状”；摆动振幅对焊缝深宽比的影响比摆动频率大，随着摆动振幅从1.0 mm增加至3.0 mm，深宽比呈快递下降趋势，深宽比变化范围和极值均更大；摆动频率和摆动振幅变化下接头成形系数的下降范围分别为0.26和1.20，说明通过调整摆动频率和摆动振幅配比理论上能够实现任意接头尺寸设计.
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图 6 摆动参数对焊缝深宽比的影响Figure 6. Effect of oscillation parameters on depth-to-width ratio. (a) oscillating frequency; (b) oscillating amplitude2.3 摆动参数对激光能量分布的影响
光束摆动可以调控激光的能量分布，从而影响熔池内部的流动和温度分布，最终作用于焊缝成形. 因此，熔池表面的激光能量分布对焊缝宏观成形具有重要影响. 文中考虑了激光焊接过程中光斑能量的叠加效应，计算熔池上表面理论能量输入值，对能量分布特征进行量化. 基于MATLAB软件绘制能量分布形貌特征. 能量模型中，假设激光能量符合理想的高斯分布[15]，可计算某时刻下任意位置的能量值，即
$$ \left\{\begin{array}{l} q(x, y, t) = (1-\eta) \cdot \dfrac{3 Q}{\text{π} r_0^2} \exp \left(-\dfrac{3\left[(x-x(t))^2 + (y-y(t))^2\right]}{r_0^2}\right) \\ E(x, y) = \displaystyle\int_0^T q(x, y, t) {\mathrm{d}} t \end{array}\right. $$ (1) 式中：η为能量衰减系数，取0.4；Q为激光功率；${r_0}$为焦点光斑半径；(x(t), y(t))为激光运动轨迹坐标，x(t)和y(t)为时间t的函数；T为积分周期.
采用激光CW，其激光光斑移动轨迹方程[16]为
$$ \left\{\begin{array}{l}x(t) = {x}_{0} + vt + 0.5\cdot A\cdot \mathrm{sin}(2\text{π}ft + {\varphi }_{0})\\ y(t) = {y}_{0} + 0.5\cdot A\cdot \mathrm{cos}(2\text{π}ft + {\varphi }_{0})\end{array} \right.$$ (2) 式中：$({x_0},{y_0})$为光束运动的原点，取值为焊接起始点；v为焊接速度；A为摆动振幅；f为摆动频率；${\varphi _0}$为初始相位.
规定焊接方向为x轴正方向，y轴垂直x轴，摆动振幅A为光斑轨迹圆心在y轴方向最大值ymax到最小值ymin之间的距离. 对于文中试验平台，光斑路径中x方向和y方向的摆动振幅和摆动频率相同. 将圆形摆动模式的光斑移动路径代入式(1)中即可获得激光在熔池表面的能量分布情况.
定量比较不同摆动模式下能量分布特征时，采取控制变量法将其他参数设置一致，选取的激光功率Q为5 kW，焊接速度v为20 mm/s. 基于该组参数，依据式(1)对不同摆动参数下的理论能量分布特征进行计算，得到相同时间周期内的能量密度分布. 计算得到的常规激光焊接能量密度分布，如图7所示. 图7(a)和图7(b)分别为正视图和俯视图. 图8和图9分别为摆动焊工件上表面的能量累积分布.
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图 7 常规激光焊接焊缝表面能量分布Figure 7. Energy distribution of weld surface in conventional laser welding. (a) front view; (b) top view![]()
图 8 不同摆动参数下激光能量分布预测结果—正视图Figure 8. Prediction results of laser energy distribution under different oscillating parameters-front view. (a) weld a1; (b) weld a2; (c) weld a3; (d) weld a4; (e) weld a5; (f) weld b1; (g) weld b2; (h) weld b3; (i) weld b4![]()
图 9 不同摆动参数下激光能量分布预测结果—俯视图Figure 9. Prediction results of laser energy distribution under different oscillating parameters-top view. (a) weld a1; (b) weld a2; (c) weld a3; (d) weld a4; (e) weld a5; (f) weld b1; (g) weld b2; (h) weld b3; (i) weld b4常规激光焊接能量峰值沿焊缝中心线分布，能量作用区域集中且面积较小，且能量峰值比摆动条件下高出5倍左右，能量整体呈现“中间高两侧低”的对称形式，能量梯度较大. 同常规激光焊接相比，摆动激光焊接显著增大了能量作用范围，使能量分布沿摆动振幅方向从一个集中波峰转变为多个波峰，且能量峰值和能量梯度大幅降低；能量分布呈现出“两侧高中心低”的不对称形式[17-18]. 这一方面是由于在图1(b)中圆形摆动模式下焊接，激光束运动轨迹为非对称，造成光束作用区域内的光束叠加率不同；另一方面是由于光束运动瞬时速度处于时刻变化的状态[17,19]，导致不同区域的热输入(P/v)不同.
摆动振幅对能量分布的影响更明显. 摆动为200 Hz，摆动振幅从1.0 mm增加至3.0 mm，激光能量峰值谷值均逐渐减小，峰值和谷值所在区域仍分别位于两侧和中心，但是谷值区域面积逐渐变大，当摆动振幅大于2.5 mm，谷值区域分布不连续增强，这是因为沿焊接方向的分速度占主导，摆动振幅和摆动频率的不匹配导致激光束未途径或停留时间较短. 当摆动频率为100 ~ 300 Hz时(摆动振幅为2 mm)，激光能量峰值变化不大，且峰值区域均位于两侧，谷值位于中间偏左区域，能量分布的不对称性也是导致焊缝横截面不完全对称的原因. 特别地，当摆动频率为300 Hz时，能量叠加效应增强，在焊缝沿着摆动方向的两端出现了双峰，峰值呈点状不连续分布. 此外，随着摆动频率从100 Hz向300 Hz增大，能量分布呈现从圆形到和焊接速度平行，最终和焊接速度呈一定角度的变化，这是因为摆动频率增加，局部圆形分速度和沿焊接方向的分速度的交互作用在能量叠加区域变得强烈. 因此摆动激光焊接均匀能量分布的本质是光束摆动大幅延展了激光的扫描行程，从而使激光平均扫描速度大幅提升，使激光沿扫描路径的平均线能量以及各处的停留时间降低，使能量的集中度下降，从而有效均匀能量分布.
2.4 激光能量分布对焊缝成形的影响
摆动焊接下光束叠加作用的原理示意图，如图10所示. 光束摆动使光束运动实际行程、响应范围和实际焊接速度发生变化，从而对激光能量分布与能量峰值产生影响，直接体现为焊缝成形特征的变化. 相比常规激光焊接，相同焊接周期内，摆动激光焊接行程更长，作用范围更大，实际焊接速度更大，热输入更小；因此，能量峰值减小，且分布更均匀，飞溅和Mg元素蒸发行为缓解，熔池稳定性增强，这也是图4中摆动焊接焊缝表面没有形成锯齿状的原因. 此外，光束摆动过程对熔池高温金属流体产生了横向流动的作用力，促进了金属液体的回流，消除了咬边缺陷，加强了溶质对流效应，缓解焊缝偏析，抑制裂纹的形成；光束摆动还使接头重熔区焊缝金属多次受热，这有利于降低焊缝表面温度梯度，减少构件热应力.
当摆动振幅A较小(1 mm)时，熔池的搅拌和重熔效应不明显，因此焊接横截面形貌和常规激光焊接差异不大；随着摆动振幅增加，光斑作用范围变大，当摆动频率保持不变情况下，光斑的叠加效用减弱，摆动振幅进一步增加至3 mm，甚至出现图9 (i)中能量分布不连续，且能量峰值减小的现象，这也解释了图2(j)未熔合缺陷的形成原因. 摆动频率对熔池能量分布主要起到均匀作用，摆动频率小于200 Hz，光束沿焊接方向的分量对能量分布的调控起主导作用，导致摆动在焊接方向搅拌作用不明显；随着摆动频率增加至250 Hz，光束摆动能量分布起主导作用，导致能量分布呈现图9(d)中高频摆动光斑一致的条状；当摆动频率进一步增加至300 Hz，能量在两侧的累积差异更加明显，甚至出现了能量双峰，能量峰值以点状区域呈现，这也是图4中余高最高处并不是位于对称中心，而是偏离焊缝中心靠近焊缝熔合区的原因.
3. 结论
(1)与常规激光焊接接头相比，摆动频率在200 ~ 300 Hz，摆动振幅为1.5 ~ 2.5 mm区间内，5A06-H112铝合金摆动激光焊接接头成形质量明显改善，鱼鳞纹清晰且分布均匀，飞溅和咬边缺陷消失.
(2)摆动激光焊接通过调控能量分布减小了接头深宽比，提高了间隙敏感性. 当摆动频率大于200 Hz，摆动振幅为1.5 ~ 2.5 mm，可获得能量分布相对均匀，焊缝表面成形良好的焊接接头. 摆动频率增大导致单位长度轨迹携带更少的能量，使得熔宽熔深均减小，且对熔深的影响更大. 摆动振幅过小(1.0 mm)，搅拌效应作用范围有限，对接头成形改善作用不明显；摆动振幅超过2.5 mm，局部热输入减小导致产生未熔合缺陷. 摆动振幅和摆动频率对焊缝深宽比的改变范围分别为0.98和1.20.
(3)考虑了激光光斑的叠加效应、激光的吸收率并耦合了激光扫描路径，建立了激光摆动焊接熔池上表面的能量分布模型. 与常规激光焊接相比，摆动激光焊能量密度峰值是其1/5；能量呈现“两端高，中间低”非对称分布；摆动振幅为2 mm，摆动频率从100 Hz增加至250 Hz，能量分布更加均匀，峰值减小；摆动频率超过250 Hz，一侧局部叠加率增加，能量峰值反而大幅增加，导致能量分布不对称性增加. 摆动频率为200 Hz，摆动振幅从1.0 mm增加至3.0 mm，能量分布对称性未发生太大变化，光束运动范围增加导致单位轨迹长度携带能量减少导致能量峰值持续减低.
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图 1 试验系统示意图
Figure 1. Schematic diagram of the experimental system. (a) oscillating laser welding device; (b) beam oscillation mode
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图 2 摆动参数对焊缝表面形貌的影响
Figure 2. Effect of oscillation parameters on weld surface morphology. (a) weld a0; (b) weld a1; (c) weld a2; (d) weld a3; (e) weld a4; (f) weld a5; (g) weld b1; (h) weld b2; (i) weld b3; (j) weld b4
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图 4 摆动参数对焊缝截面形貌的影响
Figure 4. Effect of oscillation parameters on cross section morphology of welds. (a) weld a0; (b) weld a1; (c) weld a2; (d) weld a3; (e) weld a4; (f) weld a5; (g) weld b1; (h) weld b2; (i) weld b3; (j) weld b4
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图 5 光束摆动参数对熔宽和熔深的影响
Figure 5. Effect of beam oscillation on the width and depth. (a) oscillating frequency; (b) oscillating amplitude
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图 6 摆动参数对焊缝深宽比的影响
Figure 6. Effect of oscillation parameters on depth-to-width ratio. (a) oscillating frequency; (b) oscillating amplitude
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图 7 常规激光焊接焊缝表面能量分布
Figure 7. Energy distribution of weld surface in conventional laser welding. (a) front view; (b) top view
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图 8 不同摆动参数下激光能量分布预测结果—正视图
Figure 8. Prediction results of laser energy distribution under different oscillating parameters-front view. (a) weld a1; (b) weld a2; (c) weld a3; (d) weld a4; (e) weld a5; (f) weld b1; (g) weld b2; (h) weld b3; (i) weld b4
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图 9 不同摆动参数下激光能量分布预测结果—俯视图
Figure 9. Prediction results of laser energy distribution under different oscillating parameters-top view. (a) weld a1; (b) weld a2; (c) weld a3; (d) weld a4; (e) weld a5; (f) weld b1; (g) weld b2; (h) weld b3; (i) weld b4
表 1 5A06-H112铝合金的化学成分(质量分数，%)
Table 1 Chemical compositions of 5A06-H112 aluminum alloy
Si Fe Cu Mn Mg Ti Al 0.02 0.14 0.01 0.61 6.3 0.04 余量 
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表 2 焊接工艺参数
Table 2 Welding process parameters
焊缝 摆动频率f/Hz 摆动振幅A/mm a0 0 0 a1 100 2.0 a2 150 2.0 a3 200 2.0 a4 250 2.0 a5 300 2.0 b1 200 1.0 b2 200 1.5 b3 200 2.5 b4 200 3.0
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