激光摆动焊接（Laser Beam Oscillation Welding, LBOW）是一种利用激光束沿预定轨迹运动来调控能量分布的焊接技术。由于摆动模式、摆动频率和摆动幅度等摆动参数的多样组合，加之激光功率、光斑直径及焊接速度等传统参数的影响，激光束运动轨迹异常复杂，进而导致能量时空分布呈现高度非线性特征。因此，深入探讨LBOW中能量分布的机理、构建工艺参数间的量化关系以及相应的能量分布数学模型，可为焊接质量的优化提供更为科学、精准的理论依据。本研究围绕“摆动焊接能量时空分布表征及其对热质输运的影响”这一核心科学问题展开，旨在探讨激光摆动焊接中的能量分布规律及其表征方法。通过综合运用解析方法、数值模拟和实验表征手段，揭示了摆动参数、激光参数与运动参数等多重因素和能量分布、熔池形貌和流场特征的内在联系，并进一步分析了它们对焊缝形貌、显微组织及性能的影响。主要内容及研究成果如下：

对激光摆动焊接中能量传递与分布进行了量化研究。首先建立了考虑材料热扩散效应的材料表面能量密度分布的数学模型，并对激光束在摆动过程中的速度与方向变化进行了定量分析。采用摆动相位角描述摆动焊接中的激光束轨迹动态变化规律。利用高速摄影技术采集不同工艺参数下的熔池图像，对摆动焊接模式进行归类，并引入超阈能量覆盖率M_wm作为摆动焊接模式的判据。同时，提出轨迹重叠率Λ和摆幅比S_R表示焊缝连续性，能量汇聚率H_TS描述焊缝中能量集中程度。

通过构建考虑摆动热源效应的三维瞬态热质输运数值模型，对激光摆动焊接中温度场、流场及溶质传递的动态演化过程进行仿真。在摆动对接焊中，计算同一摆动周期中不同时刻的温度场、流场分布情况，研究了摆动焊接中表面纹理的形成机理。并结合熔池的高速摄影图像，探究了流体流动与合金元素稀释的规律。在摆动搭接焊中，对不同摆动模式影响下的熔池传热、流动及传质进行仿真，分析了摆动搭接焊中的热质输运规律，并与摆动对接焊进行对比。

系统研究了摆动传导焊、深熔焊和搭接焊工艺中的关键参数对焊缝成形、显微组织及性能的影响。在摆动传导焊中，分析了不同摆动参数引起的表面纹理变化，测定了焊缝的晶粒尺寸、显微硬度和耐腐蚀性能。针对摆动深熔焊，研究考察了摆动模式、摆动频率、激光功率对焊缝成形效果的综合作用。对于摆动搭接焊，重点探究了金属界面处显微组织和力学性能的变化，并结合温度场与溶质场的演变探讨摆动模式带来的影响。

本研究提出了超阈能量覆盖率、摆动相位角的概念，并推导出轨迹重叠率、摆幅比、能量汇聚率等无量纲数。这些参数为定量分析摆动焊接过程中的能量分布提供了新的思路。同时也揭示了激光摆动焊接中工艺参数、能量分布、热质输运与焊缝组织、性能之间的内在联系，为优化激光摆动焊接工艺、提高焊接质量和接头性能提供了理论支撑和实验依据，为理解和应用激光摆动焊接技术提供了有力支持。