随着科技的进步,在实际工程应用中,对材料的性能要求越来越高,在一些场合,单一的材料已经无法满足更严格的工程需求,而这些应用场合往往对加工精度要求特别高,这就为异种材料激光焊接创造了广泛的施展空间。纳秒脉冲激光因其独特的性能,在难焊、难熔、脆性材料的焊接应用具有明显优势,而钢、铝是应用最广泛的两种材料,但其之间的焊接性很差,因此纳秒脉冲激光微焊接工艺成为解决钢-铝异种材料焊接问题的有效手段。本文采用纳秒激光焊接系统以及0.2 mm厚的304不锈钢和0.4 mm厚的6063铝合金作为对象,并以钢上铝下搭接接头方式,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、硬度和拉力测试仪器等设备对焊接效果进行综合分析研究。首先研究了激光功率、焊接速度、工作频率、图形间距、波形等参数变化对焊接效果的影响,结果表明,随着激光功率的提高以及焊接速度、工作频率、图形间距、波形峰值功率50%处的脉宽的减小,焊接熔深和剪切强度逐渐增加,但当接头内部出现裂纹后,剪切强度开始急剧下降。论文考察了焊接参数对外观的影响,例如随着功率的降低、频率的增加,焊点氧化程度减弱,且表面更加光洁平滑,可以作为焊接外观要求较高时参数选择的依据,亦可对焊点进行重熔修复,但需注意额外输入热量的影响。本文提出一种通过功率、速度、频率、图形间距等参数初步评估裂纹是否产生的方式即裂纹影响因子,并通过试验验证了其准确性,为预判裂纹提供了一种思路。论文还通过0.2 mm厚的6063铝合金和0.4 mm厚的304不锈钢研究了钢下铝上的反置搭接方式进行了对比研究,发现但所需激光功率和速度增加,强度略微降低,但焊接缺陷明显增多,外观变差。通过对选定参数试样的微观组织分析发现,Fe-Al金属间化合物呈现规律性分布,在靠近Al基材的区域主要生成FeAl₃,在靠近Fe基材的区域主要生成Fe₃Al,并且由α-Al过渡到Fe₃Al的速度很快,FeAl₃生成物也较薄,焊点底部和侧面的岛状物主要是Fe₃Al,絮状物和层状物主要是FeAl₃,另外还研究裂纹产生的原因是主要剧烈的熔池反应、过高的热输入量导致脆性金属间化合物增多,在焊接应力作用下发生开裂。通过对选定参数试样的硬度测试发现,接头硬度基本分布在400⁵00 HV之间,与母材相比硬度出现了较大幅度的提升,尤其接头底部界面区产生脆硬相的某些区域硬度值高达780 HV。对试样进行剪切强度测试的结果为139.8 MPa,力学性能优异。对强度测试断口形貌的分析表明,断裂模式是以微孔聚集型剪切断裂为主,但局部微小区域伴有脆性解理断裂的混合断裂模式。对断口特征区域成分分析结果显示,焊接接头破坏主要发生在铝合金基材靠近焊接区域附近,而非Fe-Al金属间化合物生成区域,最后针对这种现象分析了几种可能原因。