铝合金厚板在航天设备框架结构、发动机及燃料箱、装甲车外壳、大型军舰的船体结构等方面应用前景十分广泛。激光焊接以其热输入低、焊接变形小等特点在厚板铝合金焊接上具有一定优势。厚板铝合金激光焊接主要采用窄间隙激光多层填丝焊。但窄间隙激光多层填丝焊普遍存在的问题是:层间和侧壁易出现未熔合缺陷。随着激光热源技术的进步,摆动激光热源被逐渐开发。研究发现摆动激光热源对层间和侧壁未熔合缺陷有明显的改善作用。本文主要研究铝合金厚板窄间隙摆动激光焊接特性。分析了焊缝成形及组织性能,重点针对摆动激光焊接等离子体的周期性变化规律以及匙孔和熔池流动的动态行为进行研究,确定了摆动激光参数与等离子体、匙孔和熔池流动的相关性。本文开展了铝合金厚板窄间隙摆动激光焊接,发现摆动激光焊接可以改善焊缝成形,并完成了焊缝成形良好的18mm与50mm厚5A06铝合金超窄间隙焊接。分析焊后接头组织发现,靠近熔合线的焊缝组织为等轴晶,向内逐渐过渡到柱状晶,柱状晶生长方向为向着焊缝中心生长。分层拉伸试验各层平均抗拉强度为321MPa,达到母材强度的94%,断裂位置为焊缝,50mm全厚度拉伸平均抗拉强度为296MPa,达到母材强度的86%。本文为了研究摆动激光焊接与常规激光焊接的区别,重点针对摆动激光焊接等离子体、匙孔和熔池的特征进行对比研究,采用高速摄像拍摄并分析了等离子体周期性变化、匙孔存在状态和熔池流动特征。研究发现:摆动激光焊接一个完整的等离子体变化周期包括喷发、减弱、偏离激光入射方向和消失,动态周期与激光束摆动周期一致。摆动激光焊接匙孔以两种模式存在,分别是非叠加匙孔与叠加匙孔。非叠加匙孔开口大小与常规激光焊接相当,约为2.5mm~2,匙孔位置随激光束的摆动而移动,推动前方金属逆时针波动,叠加匙孔开口面积增大,约为4.5mm~2,激光周期性摆动促使液态金属向熔池尾部周期性流动。摆动轨迹主要对等离子体产生位置,动态变化和熔池流动有影响。摆动幅度与频率共同影响匙孔存在及熔池流动方式。摆动频率较小时,无法形成叠加匙孔,匙孔开口面积与单激光焊接匙孔相当;较大摆动频率,配合较小的摆动幅度,会形成叠加匙孔,匙孔开口面积变大。