铝合金的激光焊接一直是研究的热点,其难点在于一方面铝合金具有高导热性和对激光高的反射性,另一方面其易氧化的特性给焊缝带来的高气孔率。激光功率、焊接速度等焊接参数对焊缝成形均有重要影响,而采用负压激光焊接方法可在很大程度上提高激光利用率,增强焊接保护效果,从而增加焊接熔深、降低气孔率。为研究环境压力及其他因素对铝合金激光焊接的影响,本文设计了一个负压激光焊接实验平台,采用正交试验法在不同参数下对厚度为30mm的5083铝合金试板进行激光焊接工艺试验研究。结果显示,在一定范围内,环境压力与激光功率和焊接速度相比,对焊缝成形和气孔率的影响更大。在此基础上,固定激光功率为5 kW及焊接速度为1m/min,探究不同环境压力下金属蒸气羽烟形貌的变化规律,分析其对焊缝熔深和气孔缺陷的影响机理。结果表明,随着环境压力降低,羽烟状态趋于稳定,飞溅减少、亮度减弱,尺寸减小,金属蒸气羽烟平均灰度和面积像素比明显降低。当环境压力由大气压力降至80 kPa时,平均灰度由243.51降到65.28,仅为大气压力下灰度的26.8%,且在101kPa~80 kPa的环境压力区间,金属蒸气羽烟的灰度变化大于面积像素比的变化;而在80~50 kPa的环境压力区间趋势发生逆转。由此表明,随着环境压力降低,金属蒸气羽烟在密度上的变化先于尺寸上的变化。采集金属蒸气羽烟光谱信号,发现随着压强降低,光谱强度急剧下降,特征谱线逐步消失,80 kPa时,强度曲线的峰值强度已减少66.6%以上,采用Mg I和Al I特征谱线分别计算电子温度和电子密度,结果表明二者随压强降低均有一定程度减小,但变化幅度小于光谱强度。随着环境压力降低,焊缝成形得到了明显改善。观察焊缝表面形貌发现,压强为15 kPa时,焊缝表面金属飞溅颗粒明显减少,鱼鳞纹逐渐均匀并呈现出金属光泽;当压强为0.2 kPa时,焊缝鱼鳞纹清晰均匀,金属飞溅颗粒消失。观察焊缝横截面及深宽比发现,15 kPa以下,焊缝截面从倒三角形变为细长的“钉”形,焊缝深宽比从小于1增加到近1.4,实现了熔深>熔宽。而当环境压力降至0.2 kPa时,该比值则进一步增加至2.5,接近常压下的3.8倍,熔深7.486 mm,为常压下的2.6倍。环境压力影响了气孔缺陷的尺寸、分布及气孔率。大尺寸气孔主要分布在中上部,小气孔则分布在中下部。随着环境压力降低,气孔尺寸逐渐变小,焊缝近表面的大气孔先消失,而后中、下部的小气孔减少。当环境压力为101 kPa时,焊缝气孔率为3.741%,而当环境压力降至0.2 kPa时,气孔率仅为0.039%,焊缝横截面中的气孔几乎全部消失。此时匙孔更加稳定,其波动产生的气泡减少;此外,气泡流动路径的改变及液体流速的增加也会使气泡更容易溢出。本文的研究结果为铝合金激光焊缝成形和气孔率的控制提供了参考依据,为铝合金激光焊接提供了一种可能。