Ti6Al4V合金异厚板激光振荡焊接中熔池非对称流动特性的揭示及其在航空航天轻量化中的应用

本文揭示了激光振荡焊接技术在Ti6Al4V合金异厚板连接中的关键作用：通过动态调控激光束轨迹（如无限形振荡），将熔池形貌从泪滴状转变为椭圆形，显著降低焊缝不对称参数γ（从0.33降至0.13）。研究采用三维热-流耦合模型（CFD）系统解析了温度场/流场动态，发现振荡可抑制热梯度、加速薄板侧多循环流动，为航空航天轻量化结构（如变厚度壁板）提供工艺优化新策略。

　　

Highlight

激光振荡焊接通过动态搅拌作用显著改善异厚板焊接质量：

1. 1.

   光束振荡将熔合区形貌从泪滴状转变为椭圆形，拓宽焊缝并消除拖尾效应

2. 2.

   峰值温度和热梯度有效降低，熔池表面流速减小

3. 3.

   熔池体积非对称性增强：横截面大体积侧环流增强，纵剖面薄板侧多循环加速，厚板侧流动更均匀

Conclusions

本研究通过实验与数值模拟揭示了Ti6Al4V异厚板激光振荡焊接的核心机制：

• 无限形振荡轨迹完全消除拖尾效应，焊缝不对称参数γ从0.33（无振荡）降至0.13（顺时针振荡）

• 熔池上表面热不对称性增加，但整体温度梯度降低，薄板侧流动速度可达厚板侧的1.8倍

• 首次提出异厚结构焊缝不对称量化参数γ，为航空航天变厚度构件（如机翼壁板）的激光焊接工艺优化提供理论依据