扫描振镜激光TC4钛合金焊接性能及熔池流动行为

钛合金广泛应用于飞行器及航空航天发动机，激光焊是连接钛合金的优异焊接方法，目前主要问题是气孔导致的接头性能降低。扫描激光能显著改善激光焊接过程中的匙孔行为及熔池流动状态，从而降低气孔率、细化晶粒，最终提高接头性能。采用光纤激光器对4 mm厚TC4钛合金进行扫描振镜激光焊接，对比分析了以0.4 mm为步长、0.4～1.6 mm扫描幅度扫描前后的焊缝成形、力学性能、晶粒细化程度、熔池流动与匙孔行为。结果表明圆形扫描路径下，激光功率为4 kW、焊接速度为1.2 m/min、离焦量为0、扫描频率为100 Hz、扫描幅度为0.8 mm时，匙孔型气孔受显著抑制，且对应的接头抗拉强度最高，为1 025.03 MPa,达到了母材的96%。与无扫描光束相比较，扫描幅度为0.8 mm的接头上部平均晶粒面积减小了65%;圆形扫描的加入使熔池流动具有方向性，同时扫描激光能扩大并稳定匙孔，减少飞溅与气孔。     

铝合金激光增材制造支撑布局及精确成形机制

航空航天领域复杂金属构件在激光增材制造过程中大多需添加支撑结构，尤以块状支撑结构应用最广泛。合理确定支撑间距及悬垂面后处理加工余量，对于激光精确成形至关重要。研究了支撑间距对选区激光熔化成形AlSi10Mg材料致密度、表面形貌、显微组织、硬度的影响规律，并通过数值模拟的方法揭示了支撑结构对成形性的影响机理。研究表明，不同支撑间距试样的平均致密度变化范围为96.7%～97.3%,当支撑间距小于1 mm时，去除支撑后试样下表面粗糙度稳定为约0.28 mm。成形试样底层受支撑结构影响可分为缺陷区、过渡区、致密区，在支撑间距为1 mm以下时，缺陷区厚度保持在约456μm。缺陷区的网状Si较粗大且稀疏，硬度为90 HV_0.1;致密区的网状Si较细小且密集，硬度为115 HV_0.1。支撑结构能有效阻止金属熔体侵入下层粉末，使熔池维持正常形态（最大长度为190μm,最大宽度为100μm）,有利于熔道内金属粉末充分熔化，保证成形性。激光增材制造铝合金复杂构件时设定最优支撑间距为1 mm可减少材料浪费和加工时长，设定悬垂面加工余量为456μm可在后处理中将缺陷...