为探究万瓦级激光-MAG复合焊接焊缝成形特性，在不同的激光功率下，对比分析了三种不同复合焊接方法在焊缝成形、等离子体形态方面的差异性及关联性。结果表明：随着激光功率变化，焊缝的特征尺寸及波动与等离子体的特征尺寸及波动具有一定的对应关系，具体表现为：随着激光功率增加，等离子体面积及其波动都增加，焊缝熔深、熔宽及其波动均增加；当激光功率增加到20 kW时，等离子体面积及其波动的增量开始减小，焊缝尺寸的增量也开始减小，焊缝成形质量开始变差。激光‐单丝MAG复合焊接方法在20、25、30 kW激光功率下的平均熔深增量相比5、10、15 kW下的减小了71.64%。在相同的工艺参数下，与激光-单丝MAG复合焊接相比，激光-单丝MAG复合填丝焊接下的等离子体面积及其标准差显著增加，熔深减小，成形变差，而激光-双丝MAG复合焊接下的等离子形态、焊缝成形变化均不明显。随着激光功率增加，不同的添丝方式体现在焊缝成形及等离子体形态等方面的差异性逐渐增强，当激光功率增加到20 kW时，焊缝熔深以及影响熔深的等离子体面积及其波动的增量有所减小。

本文探索了光束摆动对TC4钛合金窄间隙激光填丝焊缝成形和气孔率的影响。研究结果表明,无摆动时,焊缝表面起伏不连续,横截面窄而深,增加光束摆动之后,表面成形连续均匀,横截面相对变得宽而浅。当采用垂直或圆形摆动方式,摆动幅度为1.5~2 mm,摆动频率在20~100 Hz之间时,获得了焊缝表面和横截面成形良好的焊接接头。当采用圆形摆动,摆幅为2 mm,摆动频率在100~200 Hz之间时,获得的焊缝无明显气孔。采用该工艺进行了20 mm厚TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接,焊接接头呈银白色,焊缝均匀连续,接头拉伸性能测试表明,其最大抗拉强度达930 MPa,接头强度与母材等强,断裂方式为韧性断裂,拉伸试样断裂在母材。

采用真空激光焊接方法对10Ni5CrMoV低合金高强钢进行焊接,研究了环境压力对焊缝组织和力学性能的影响。结果表明:真空激光焊接可以明显改善激光焊缝的表面成形质量,增加焊缝熔深;环境压力对焊缝组织的影响不大,对热影响区组织的影响明显;不同环境压力下得到的焊缝均由马氏体组成;在热影响区,随着环境压力的降低,碳化物逐渐析出,显微组织由马氏体向马氏体+碳化物+极少量粒状贝氏体转变,并且出现了少量铁素体;真空环境下得到的焊缝中马氏体含量降低是硬度下降的主要因素;在环境压力为10 Pa时,焊缝硬度较大气环境下的减小6.2%;拉伸试样均断裂于母材处,试样出现明显的颈缩现象,断裂方式为韧性断裂。

对激光电弧复合焊接的稳弧机理始终存在不同的观点。通过高速摄像机和光谱分析仪对比研究了激光与电弧复合前后电弧形态发生的变化。研究发现复合后电弧呈现一种全新的形态，具有两个独立的导电通道，这种现象被称为“双重导电机制”。这种机制对维持电弧稳定和保证焊缝成型良好具有非常重要的意义，正是激光电弧复合焊接高速焊接过程中稳弧的关键所在。研究还发现“双重导电机制”的建立过程存在时间顺序，辅助导电通道首先是从激光小孔周围建立起来，然后逐渐扩展到整个电弧区域。各种焊接参数对“双重导电机制”也存在明显的影响。

采用高速摄像机、电流电压采集仪及光谱分析仪分别研究低功率YAG激光-熔化极气体弧焊(GMAW)复合焊接过程中的电弧形态、电压特点及局部电子温度、密度变化。在此基础上,运用等离子体热力学平衡理论分析复合焊接电弧等离子体的行为特征。试验表明,低功率YAG激光吸引、压缩GMAW电弧,提高电弧局部区域的电子温度至(15400±900) K,电子密度至(1.265±0.101)×1017cm-3,降低了GMAW热源输出电压,促进了焊接电弧等离子体局部热力学平衡(LTE)的建立。

The influences of laser defocusing amount Δz, laser power P, space distance DLA between laser and arc on weld penetration, arc modality and stability are investigated in low power YAG laser and metal active gas (laser-MAG) hybrid welding process. The experimental results indicate that the effects of laser-induced attraction and contraction of MAG arc are emerged in hybrid welding process, which result in the augmentation of hybrid welding energy. When DLA=-0.5-2 mm, Δz=-2-2 mm and P≥73 W, the synergic efficiency between laser and MAG arc is obvious, the cross section at the root of hybrid arc is contracted and the hybrid weld penetration is increased. The maximal ratio of hybrid/MAG weld penetration is 1.5 and the lowest YAG laser power that augments MAG arc is 73 W. The input of YAG laser makes the stabilities of arc ignition and combustion prominent in hybrid welding process.