为了解决激光连接碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)/钢异质接头中的缩孔问题，采用光纤激光对GMW2钢板进行高速毛化试验，系统研究了激光功率、扫描速度、扫描长度和扫描次数对微凸起宽度和高度的影响，并利用高速摄像实时观察了毛化过程。结果表明，微凸起宽度与熔池宽度相当，增加激光功率或减小扫描速度将导致熔池宽度增加，微凸起宽度也将增加；而扫描长度和扫描次数不影响熔池的宽度，因此微凸起宽度也不发生变化。微凸起高度由蒸气压力、表面张力和液体动压力决定，激光功率增加将导致蒸气压力的增加和表面张力的减小，液态金属向熔池尾部流动的驱动力增大，适当地增加激光功率有利于微凸起的长高，但激光功率过高将产生大量飞溅，导致微凸起高度不稳定；随着扫描速度的增加，蒸气压力、表面张力和液体动压力都将发生变化，熔池液体流动的驱动力和阻力存在竞争关系，导致微凸起高度呈先增加后减小的趋势；扫描长度增加，蒸气压力水平分量增大，驱动力增加，微凸起高度逐渐增大。

激光热丝焊热输入小，填丝效率高，焊缝熔合比小，特别适合于表面堆焊及厚板的窄间隙焊接，如何获得稳定的焊丝过渡是其关键问题。采用高速摄像观察了不同工艺参数下的焊丝过渡行为，将其分为滴状过渡、熔断过渡、连续过渡、顶丝过渡4种类型，连续过渡是稳定的焊丝过渡，是获得良好焊缝成形的前提。不同焊丝过渡行为的区别表现为焊丝熔化位置不同，这是由焊丝获得热量的大小不同所导致的。获得稳定焊丝过渡的工艺控制原则是：电阻热小于焊丝熔化热，且电阻热与熔池传热之和大于焊丝熔化热。通过理论推导对熔池外焊丝温度进行了计算，发现当电阻热将熔池外焊丝加热至接近熔点时，有利于获得稳定的焊丝过渡。

高速激光焊的多种典型缺陷形成都与熔池流动有关，深入了解熔池流动行为有助于理解高速焊缺陷的形成机理。采用光纤激光进行高速焊接试验，分别研究在功率和热输入一定的条件下焊接速度对熔池流动行为的影响。采用高速摄像实时观察熔池表面的流动行为，通过Ti示踪元素考察熔池内部的流动行为。结果表明，焊接速度提高，熔池表面液态金属向熔池尾部流动的距离增加，熔池内部的中心部位液态金属向熔池底部和尾部流动的距离增加，熔池内部边缘处液态金属流动受焊接速度的影响较小。提高焊接速度，金属蒸气喷出方向与熔池表面的夹角减小，金属蒸气对小孔后沿冲击力的水平分量增大，导致熔池表面液态金属向熔池尾部流动的驱动力增大，流动距离因而增加。

由于母材含有大量气源，气孔是压铸镁合金激光焊最主要的问题。在不同的激光功率密度下，采用不同的热输入对压铸镁合金激光焊气孔形成规律进行了研究。在低激光功率密度（1.6×106 W/cm2以下）焊接时，随着热输入的升高气孔率持续升高；在高激光功率密度（3.2×106 W/cm2以上）焊接时，在一定热输入下气孔率出现极小值，由此增加或减少热输入都会造成气孔率的升高，但当热输入非常低时气孔率又出现降低的趋势，即不同激光功率密度下气孔率随焊接热输入的变化存在两种不同的规律。结合压铸镁合金母材中气源行为以及焊接热过程，对两种规律的形成原因进行了讨论和实验验证，研究发现获得低气孔率焊缝的关键是抑制压铸镁合金中原子氢的析出，使其以固溶形式继续存在于焊缝中。

建立了激光切割过程视觉检测系统，通过实验方法研究了火花簇射行为与最佳切割速度之间的关系。通过不同功率、不同板厚条件下的变速实验，发现在无缺陷切割区，最佳切割速度对应的火花簇射特征信号为：火花簇射角度垂直向下;出口处亮度最高;各亮度带像素数达到最大值。

小孔型气孔的产生是未穿透激光深熔焊的一个严重问题，它是由剧烈的小孔扰动所导致的，与传统冶金型气孔(H2或CO气孔等)的产生机制不同，采用传统冶金型气孔抑制措施无法有效消除该类气孔的产生。针对3～5 mm薄板的CO2激光深熔焊接，研究了脉冲调制对气孔的抑制效果及其机制。实验发现，脉冲频率低于50 Hz时，焊缝气孔随着频率的增加不断减少;当脉冲频率处于50～150 Hz的范围内，基本上可以消除小孔型气孔的产生。通过检测激光焊接过程中等离子体光辐射信号的波动可以反映小孔的稳定性，结果证明，合适频率下的脉冲调制激光焊接，由于有稳定小孔的作用，从而抑制了小孔型气孔的产生。

在激光电弧(MIG)复合对接焊中，焊缝成形尤其焊缝根部(反面)成形状况的好坏，是衡量复合焊焊接质量及其适应能力的重要指标。为研究视觉信号和焊缝根部成形的关系，建立了由辅助照明光源、可触发拍摄的CCD摄像机、以电弧焊接电流为信号源的触发电路以及图像采集卡组成的视觉传感系统。通过在工件底面拍摄的方法，得到了清晰的熔池背面实时图像。分析了拍摄过程的成像机制，并开发了一套算法实时检测背面熔宽、坡口间隙宽度以及熔池相对坡口的偏移量，结果表明实时检测到的熔宽和实际的焊缝背面宽度有很好的对应关系。

在有坡口间隙对接焊时，焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标。因此研究了CO2激光惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接3 mm厚不锈钢板时激光功率、电弧电流、激光-电弧距离、焊接速度、坡口间隙等工艺参数对根部熔宽的影响，并通过CCD摄像机对焊接过程中的等离子体进行了观察。研究表明，随着焊接参数的变化，CO2激光-MIG复合焊存在四种熔透状态，对某一间隙范围，选择合适的激光功率、电弧电流、激光电弧距离与焊接速度可以获得“适度熔透”的良好根部成形。激光功率、电弧电流过小，速度过大则会产生“未熔透”或“不稳定熔透”，反之则“过熔透”。间隙较大时，激光功率对熔透的影响较小。另外还研究了不同激光电弧距离对等离子体形态及其对熔透的影响。

利用激光切割同轴视觉检测系统,获得了火花簇射的同轴视觉图像.证明该图像和侧面视觉图像一样,可以提取反映切割面粗糙度的特征信号:在无缺陷区域,随着切割速度的变化,火花簇射同轴视觉图像不同亮度带像素数的极大值对应于最低的切割面近下缘粗糙度.

采用聚焦光束重熔预涂单质Cr粉的方法对灰铸铁进行了表面改性处理,用SEM,EDS,X-ray等分析了合金化层的微观组织特点及其物相组成,用环块摩擦试验测试了合金化层的耐磨性能.试验结果表明,聚焦光束重熔Cr粉合金化层的耐磨性较灰铸铁基体明显提高,合金化层的耐磨性随着Cr粉预涂量的增加而提高,表面磨损机制由犁沟和划伤转变为表面塑性变形.其原因在于,随Cr粉预涂量的增加,合金化层微观组织中的富铁α-(Fe,Cr)+Cr7C3共晶体基底依次被富铁的α-(Fe,Cr)+Cr23C6共晶体和富铬的α-(Fe,Cr)铁素体取代.