激光焊接铝合金存在稳定性差、成形差、气孔缺陷严重等问题,制约了激光焊接在铝合金接头中的应用。研究表明,激光摆动焊能够改善铝合金焊缝成形,有效抑制气孔缺陷。但目前对激光摆动焊的研究主要使用机械摆动头激光头,摆动频率较低,光斑轨迹较为简单。为此,本文采用双楔形镜片高频摆动头,在高频率、大幅度范围内,研究了圆形激光摆动对5083铝合金成型、气孔缺陷抑制、接头组织与力学性能的影响。本文首先通过单因素实验,研究了摆动幅度、摆动频率、离焦量对5083铝合金焊缝成形的影响规律,建立工艺窗口,并揭示了激光摆动对焊缝成形的作用机理。随着摆动幅度由0mm增大至3mm,焊缝熔深下降显著,深宽比增大。随着摆动幅度与频率增大,焊缝表面飞溅、凹坑、咬边等缺陷逐渐减少直至消失。当离焦量为零离焦及以上时,焊缝成形较好。激光摆动焊接5083铝合金优化工艺区间为:离焦量0mm～+4mm,摆动幅度2mm～2.5mm,摆动频率200Hz～300Hz。分析圆形摆动光斑运动轨迹,计算得到激光摆动焊接线能量,结合摆动焊激光能量分布,揭示摆动特征参数对焊缝熔深、熔宽的影响。进一步,研究了摆动幅度、频率等特征参数对焊缝气孔率的影响,得到相关规律,采用高速摄像、热成像等对焊接过程进行观察,揭示激光摆动气孔抑制作用机理。激光摆动能有效抑制铝合金焊缝气孔缺陷,摆动幅度0～3mm,摆动频率0～300Hz范围内,焊缝气孔率随摆动幅度、频率增大而减小。当离焦量为+2mm,摆动幅度为2mm,摆动频率为200Hz时,可以获得熔深4mm,气孔率小于2%,成形良好的止口对接焊接头。激光摆动焊气孔抑制机理主要为两点:第一,高速摄像观察显示,随摆动幅度幅度增大,焊接过程逐渐趋于稳定,因此熔池中气泡减少。第二,同等4mm熔深下,激光摆动焊熔池开口更大,热成像观察显示摆动焊熔池凝固时间更长,因此有利于气泡逸出,减少气孔缺陷。最后,研究了激光摆动焊对接头微观组织与力学性能的调控作用,发现:激光摆动能够增大焊缝等轴晶区面积,小幅细化晶粒,并提升拉伸、疲劳等力学性能。激光摆动主要通过优化接头成型,减少气孔、咬边、凹坑等缺陷来提高接头拉伸、疲劳性能。摆动幅度2mm、频率200Hz时,接头抗拉强度达到母材平均抗拉强度94%,延伸率达到6.06%。当疲劳试验循环在1×10~6周次时,激光摆动接头疲劳强度为91.4Mpa,相较非摆动接头提高77.1%。