厚板铝合金在大型结构件中的应用日益广泛,但其实际生产中存在的焊接问题也渐渐凸显,因此急需开发铝合金大型厚壁构件的高效、可靠焊接技术。窄间隙激光焊接已成为解决厚板焊接问题的一个极具潜力的焊接方法,不仅可以显著提高厚板焊接效率而且大大降低焊接变形。铝合金激光焊接过程中的高反射、气孔问题,以及厚壁构件窄间隙焊接中存在的层间及侧壁熔合不良等问题都是亟待突破的关键难题。本文针对上述问题,提出了一种厚板铝合金窄间隙激光焊接方法。采用万瓦级大功率激光实现较大熔深的厚板打底焊以提高焊接效率;采用双焦点激光完成多层窄间隙的多层填充焊;同时,通过高速摄像和数值模拟方法对双焦点激光焊接模式独特的熔池流动行为进行了深入研究,并分析其与焊丝熔化过渡之间的相互作用,最终实现了50mm厚5A06铝合金厚板焊接。首先,通过高速摄像对熔池表面流动状态及等离子体的拍摄,研究了焊接工艺参数、熔池流动及焊缝成形的对应关系,分析了影响熔池流动的影响因素。结果表明,与常规千瓦级激光相比,万瓦级大功率激光深熔焊中,功率为25k W时激光作用宽度增大了21%,但熔深可增加159%,焊缝深宽比增加一倍。激光功率的增加和焊接速度的减小都会使得熔池波动变得更加剧烈,焊后成形质量变差。离焦量对熔池流动的影响更为明显。本文对比研究了单、双焦点对于熔池表面特征、焊丝熔化过渡行为的影响规律,基于对双焦点能场、熔池行为和焊缝成形相关性的系统分析,确定适应于窄间隙多层填丝焊的优化工艺窗口。试验结果表明,双焦点并行排布时,增大两焦点之间的距离可以有效减小熔池表面的波动情况,提高熔丝稳定性,并成功实现了50mm厚5A06铝合金的优质焊接。为进一步阐释双焦点光束不同能量作用模式下的匙孔行为与熔池内部的流动行为,本文建立了双焦点激光焊接及焊丝熔化过渡过程的三维热流耦合模型,分析了熔池流动行为对焊缝成形、气孔生成的影响机制,及熔化焊丝对于匙孔及熔池动态行为的影响规律,为双焦点激光填丝焊传热传质行为的控制与工艺的优化提供重要的理论依据。