研究目的
研究短脉冲激光烧蚀对2024-T3铝合金连续波激光焊接过程中焊缝金属晶粒细化的影响，以防止凝固裂纹。
研究成果
研究表明，在连续波激光焊接过程中采用短脉冲激光烧蚀可有效细化2024-T3铝合金焊缝金属的晶粒，提高硬度并抑制凝固裂纹。其作用机理包括激光烧蚀产生的压力波导致的枝晶破碎和动态形核。
研究不足
该研究聚焦于特定铝合金（2024-T3）和焊接条件，这可能限制研究结果对其他材料或焊接参数的普适性。虽然提出了晶粒细化机制，但尚需进一步验证。
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采用连续激光焊接2024-T3铝合金时通过短脉冲激光烧蚀实现焊缝金属晶粒细化
DOI：10.1088/2631-7990/ab563a
期刊：International Journal of Extreme Manufacturing
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
2024铝合金因其优异的力学性能被广泛应用于航空和航天工业。然而，由于该合金含有大量铜（Cu）、镁（Mg）和锰（Mn）等溶质元素，导致其焊接性普遍较差，易产生凝固裂纹。若能实现无填充材料的高速焊接，2024铝合金的应用范围将大幅扩展。晶粒细化是防止焊缝金属凝固裂纹的方法之一，但在无填充材料的高速激光焊接2024铝合金中尚未实现。本研究提出一种在连续波激光无填充焊接过程中采用短脉冲激光诱导晶粒细化的方法。实验采用波长1070 nm、功率1 kW的单模光纤激光器，以1 m/min的焊接速度对2024-T3铝合金进行平板堆焊，并用波长1064 nm、脉宽10 ns、脉冲能量430 mJ的纳秒激光脉冲对熔池及其周边区域进行辐照。当激光脉冲作用于熔池时，确认产生了晶粒细化效果。晶粒细化区域沿固液界面呈半圆形分布，截面分析显示该区域沿固液界面深度达1 mm。维氏硬度测试结果表明，晶粒细化使硬度提升，并有效抑制了细化区域的凝固裂纹扩展。
作者：
Masaki Kasuga，Tomokazu Sano，Akio Hirose
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