为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题,以5083-O铝合金为研究对象,进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响,并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明,超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低,主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度,并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态,使熔池的结晶条件发生改变,从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa,且断裂位置发生在热影响区,主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。

为了保证船舰在海水环境中拥有足够的焊接强度和耐久性, 选用船用铝合金(5083-O)进行焊接试验, 模拟焊接接头在海水中的耐腐蚀性能。采用高适应性的激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊接系统, 分别分析研究了激光功率、焊接电流、光丝距对铝合金焊接接头耐腐蚀性能的影响; 利用型号为CHI760D三电极化学工作站对不同焊接工艺参量下的铝合金焊接接头进行了腐蚀测试。结果表明, 自腐蚀电流密度随激光功率的增加呈先增大后减小再增大的趋势, 随焊接电流和光丝距的增加均呈“V”形规律变化, 即先减小后增大的趋势;当激光功率为3.0kW、焊接电流为200A、光丝距为3mm时, 接头组织以等轴晶为主, 且气孔等缺陷较少, 此时接头微观闭塞原电池效应微弱, 自腐蚀电流密度最小, 接头耐腐蚀性能相对较好。该研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头耐腐蚀性能是有帮助的。

在焊接过程中, 熔池的流动特征与气孔、咬边等缺陷密切相关, 对熔池的结晶过程以及焊缝成形也有重要影响。以低合金高强钢为研究对象, 通过钻孔填埋ZrO2颗粒作为示踪粒子, 利用高速相机记录匙孔位置、电弧形态及熔池的流动特征, 研究了不同光丝距下激光-电弧复合焊接熔池表面的流动规律。结果表明：当光丝距为1 mm时, 匙孔位置不稳定, 发生了漂移现象, 示踪粒子绕过电弧作用区后沿中轴线流向后方; 当光丝距增加至3 mm时, 匙孔位置相对稳定, 但示踪粒子在流动过程中出现了典型的卡门涡街现象; 随着光丝距进一步增加至5 mm时, 匙孔位置稳定, 但示踪粒子在流经激光与电弧中间区域时出现了停滞现象, 此条件下示踪粒子的运动距离最大。通过对比三种光丝距下的焊缝截面形貌可以发现：当光丝距为1 mm时, 焊缝底部存在气孔缺陷, 这是光丝距过小导致匙孔不稳定而造成的工艺性气孔; 当光丝距为5 mm时, 两热源间距过大, 导致两热源的耦合效率下降, 熔深显著减小; 当光丝距为3 mm时, 焊缝无缺陷, 且熔深最大。