机械工程学报

作者：张刚, 蒙旭, 朱明, 石玗, 樊丁

单位：1. 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室 兰州 730050;2. 兰州理工大学温州泵阀工程研究院 温州 325105

关键词：铝合金,扫描振镜激光,双脉冲CMT,增材制造,气孔缺陷；

基金：国家自然科学基金(52265050)、兰州市青年科技人才创新(2023-QN-90)、温州市级科技计划(2023G0157)、甘肃省重点研发计划(25YFGA023)、中央引导地方科技发展专项(24ZYQA54)和甘肃省高等学校创新基金(2025A-022)资助项目。

扫描振镜激光-双脉冲冷金属过渡(Galvanometer scanning laser hybrid double-pulsed cold metal transfer,GSL-D-CMT)复合增材制造铝合金构件具有气孔缺陷少、表面成形质量高的独特优势，在航空航天、核电等领域有着很大的应用潜力。但目前对其抑制或消除气孔缺陷机理尚不明确，直接影响着GSL-D-CMT工艺在高性能铝合金构件制造的工程化应用。为此，基于GSL-D-CMT试验系统深入研究了激光功率因子和光丝间距对复合增材铝合金熔池匙孔动态演化、温度场分布和气孔率的影响规律，揭示了增材氢气孔和匙孔型气孔的成因以及调控振镜激光参量抑制气孔缺陷的物理机制。结果表明，通过耦合扫描振镜激光可消除后退法电弧增材铝合金构件中的密集型气孔；气孔率随激光功率因子和光丝间距的增加呈现出先减小后增大的变化规律，且当激光功率因子为30%时，气孔率最低为0.01%；当光丝间距为5 mm时，气孔率几乎为零。GSL-D-CMT抑制气孔的本质是光束振荡和双脉冲电流加剧了熔池流动，为浅匙孔捕获吞并熔池底部微尺寸气孔提供了良好的动力学条件；较宽光丝间距使熔池温度场分布更均匀、温度梯度减小、凝固速率变缓，匙孔稳定演化的力学边界条件变宽，为熔池微气孔和匙孔捕获大尺寸气孔的逸出创造了良好的热力学条件。

来源：2025年第12期

《机械工程学报》期刊编辑部

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