激光束振蕩焊接：無熱處理壓鑄鋁合金焊接性能的突破性提升

    在制造業向小型一體化壓鑄件組合轉型的過程中，熱處理引發的尺寸偏差一直是制約進程的關鍵難題。無熱處理壓鑄鋁合金的出現，雖成功規避了這一問題，卻在焊接環節面臨新的挑戰——共晶硅聚集形成的高應力集中區易引發微裂紋，高速凝固帶來的高氫濃度又會增加冶金孔隙率，嚴重影響接頭性能。而激光束振蕩焊接（LBOW）技術的興起，為解決這些難題提供了全新思路。

    一．實驗設計：材料與參數的精準把控

    本研究以Al-7.12%Si-0.61%Mn-0.21%Mg-0.008%S配比的無熱處理壓鑄鋁合金為對象，采用上板2mm、下板3mm、搭接寬度30mm的板材結構，通過對比傳統激光束焊接（LBW）與不同振蕩頻率的激光束振蕩焊接（LBOW50Hz、LBOW200Hz）效果，探究焊接性能優化機制。

    焊接參數設置保持高度一致性：激光功率4kW、焊接速度50mm/min、離焦量0mm、激光束傾斜角10°、振蕩幅值5mm，僅通過振蕩頻率（0Hz、50Hz、200Hz）區分三組實驗。焊后借助蔡司光學顯微鏡、Sigma500掃描電鏡（SEM）觀察微觀結構，通過SEM-EDS進行元素半定量分析，X射線衍射（XRD）完成相位分析，并在AG-IS材料試驗機上開展拉伸剪切試驗（應變速率0.3mm/min），全方位評估焊接質量。

    二．核心發現：振蕩頻率如何重塑焊接性能？

    能量分布：從"塌陷風險"到"幾何優化"

    傳統LBW技術中，激光能量集中于焊縫中心，易導致中心區域能量密度過高，形成凹形焊縫且存在塌陷風險。而LBOW通過振蕩擴展輻射區域，在固定焊接速度下將能量重新分配——振蕩光束在焊縫中心速度最快，反而降低了中心能量密度，使焊縫幾何形狀從凹形轉變為凸形，有效規避了塌陷問題。

    三．微觀結構：晶粒細化與偏析抑制的雙重突破

    微觀觀察顯示，LBW焊縫邊緣存在寬幅局部熔化區（PMZ），低熔點共晶易引發熱裂紋；而LBOW通過能量的動態分配，顯著抑制了PMZ形成，擴大了等軸晶區并均質化晶粒分布。數據顯示，隨振蕩頻率提升，晶粒尺寸大幅縮減：LBW焊縫平均晶粒尺寸為47.9μm，LBOW50Hz降至25.7μm，LBOW200Hz更是細化至7.2μm，細化率高達85%。

    元素分布方面，LBW焊縫中Si、Mn、Mg呈現明顯宏觀偏析，α-Al基體被連續富硅相包圍；而LBOW通過反復加熱提升α-Al晶粒內的溶解度，促使晶間元素向內部遷移，硅的分布從50Hz時的網狀晶間結構，進一步優化為200Hz時的均勻分布，顯著改善了元素偏析問題。XRD分析證實，焊縫中存在Al??(Mn,Fe)?Si?相及小尺寸Mg?Si相，高頻振蕩下的均質化效應讓這些析出相分布更分散，減少了應力集中點。

    四．孔隙率與力學性能：高頻振蕩的顯著優勢

    高頻率振蕩帶來的"再熔效應"是降低孔隙率的關鍵。統計顯示，LBOW200Hz焊縫的孔隙率相比LBW降低74%，這源于高頻振蕩增強的湍流效應（通過攪拌雷諾數分析證實），加速了氣體逸出。孔隙率的降低與晶粒細化共同作用，使接頭斷裂模式發生根本性轉變——LBW呈現光滑解理面、撕裂脊等脆性斷裂特征，而LBOW接頭形成凹坑狀結構，表現為微孔聚集韌性斷裂。

    力學性能測試結果更為直觀：與LBW相比，LBOW50Hz的最大剪切載荷和位移分別提升60%和97%；LBOW200Hz的提升更為顯著，分別達到84%和206%。即便高頻振蕩形成層狀組織，但其帶來的孔隙率降低優勢遠超局部應力集中的影響，并未削弱接頭斷裂韌性。

    本研究證實，激光束振蕩焊接技術通過優化能量分布、細化晶粒、抑制元素偏析及降低孔隙率，成功實現了無熱處理壓鑄鋁合金的高強度焊接。隨著振蕩頻率提升，焊縫微觀結構持續優化，力學性能顯著增強。當振蕩頻率達到200Hz時，接頭綜合性能達到最優，為無熱處理壓鑄鋁合金的高效焊接提供了可靠的技術方案，也為制造業小型一體化壓鑄件的組合應用掃清了關鍵障礙。