“工业4.0”的提出为制造业的发展指明了方向。焊接作为制造业中关键的加工技术,也成为此潮流下的研究热点领域。随着科学技术的不断飞速发展,一些传统焊接技术已经无法满足日益增长的社会经济市场的需求,迫切需要研究发展新型焊接技术以及有待推广的传统焊接技术。高频微振激光焊接是基于传统振动焊接、伴随激光技术发展起来的新型焊接技术,兼具二者的优点,能够有效降低焊接残余应力,降低气孔生成率,延缓裂纹扩展,细化组织,提高显微硬度等特点,与激光焊接相结合,提高焊接速度和工作效率。但其作用机理研究尚且不足,有待进一步深入研究。本文采用课题组自主研发的高频微振激光焊接装置,选用现广泛用于航空发动机生产的Inconel 718镍基高温合金作为试验材料进行研究,研究内容主要包括两大部分:工艺试验探究和机理研究。通过OM、SEM、显微硬度计等测试分析方法,对不同激光振动参数下的焊接接头焊缝成形、组织形貌、成分和显微硬度等进行分析,得出激光微振参数对焊缝成形、显微组织性能的影响规律;基于ANSYS有限元分析软件对高频微振激光焊接温度场进行分析,建立有限元分析模型,通过试验研究结合数值模拟方法,从凝固理论和热力学角度,分析焊缝组织演变过程及规律,揭示Inconel718合金高频微振激光焊接热过程组织演变机理。在激光功率为4000W,焊接速度为0.02m/s,离焦量为-15mm的无振动常规激光焊接工艺参数下,焊缝横截面呈“钉形”,焊缝表面呈“串珠状”;施加振动后,在振动频率为919Hz、振动加速度为20.2m/s~2、热输入为266.7kJ/m时,焊缝成形系数深宽比Φ与钉头占位比Ψ值匹配较好,焊缝成形最佳;较低振动频率下,施加小振动加速度,可获得细长且钉头占位比小的焊缝;在较高振动频率下,施加大振动加速度,可获得细长且钉头占位比小的焊缝。振动后,在钉头处,焊缝区显微硬度降低,热影响区显微硬度平均值升高,最大值升高,最小值无明显改变;在钉体处,焊缝区显微硬度无明显改变,热影响区显微硬度平均值升高,最大值升高,最小值升高;振动加速度为20.2m/s~2时,随着振动频率增大,接头显微硬度整体呈下降趋势,热影响区显微硬度变化不明显,焊缝区显微硬度先上升后下降;母材组织含细条状γ’’相、块状δ相、Nb和Ti的MC型碳化物;激光焊接后,焊缝区存在枝晶偏析,析出相为以γ/Laves共晶;随着振动加速度增大,枝晶间白色析出相越来越少,甚至消失。基于ANSYS有限元软件采用双椭球-柱体复合热源模型对Inconel 718高频微振激光焊进行了温度场数值模拟,模拟试验的激光功率为4000W,焊接速度为0.02m/s,以对称方式建模,几何建模尺寸为100mm×25mm×5mm,通过APDL参数化编程语言进行移动热源的循环加载,整个焊接加热时长5s,冷却1000s恢复至室温。温度实测与焊缝形貌尺寸实测结果与模拟结果吻合良好,误差在5%之内,证实了模拟试验的可靠性。焊接加热过程中,开始和终了时刻的熔池最高温度较高,随后趋于稳定约为2466℃,为准稳态热过程,焊接热影响区较窄,并且温度梯度很大。受热区域在较短时间内温度迅速上升至最高温度值,温度上升速率随着与焊缝中心线间距离增加而降低。冷却过程中,冷却速率很大,约为110.2℃/s,温度场冷却速率随着与焊缝中心线间距离增加而降低。焊缝区高温停留时间为0.125s,700~1000℃停留时间为0.5s,导致高温强化相较少,低熔点共晶γ/Laves较多,因而产生枝晶偏析;热影响区温度范围大多在684~1082℃之间,但近熔合线局部较窄范围内,温度较高接近为1544℃,低熔共晶物重熔,晶界偏聚且粗化,出现软化区及液化裂纹,是接头最薄弱环节。