采用光纤激光对2 mm厚T2紫铜板和SUS304不锈钢板进行焊接, 研究了激光偏角、离焦量以及焊接速度对焊缝成形的影响规律。结果表明, 激光偏角为正,离焦量为正以及合适的焊接速度下可以获得焊缝成形良好的接头。研究还发现, 在熔池的流动搅拌作用下, Fe元素呈杂乱状卷入焊缝中, 弥散分布或聚集呈块状或条状分布在焊缝中, 铜和钢导热系数的巨大差异导致焊缝两侧的成形过程不同。

为了解决镀锌钢板在激光焊接过程中由锌蒸气引发的焊接缺陷问题, 在小孔上方施加平吹辅助气流, 以维持小孔持续稳定张开并形成稳定的锌蒸气逸出通道; 研究了平吹气流量对镀锌钢板零间隙激光搭接焊缝成形质量及力学性能的影响, 通过焊接过程的实时监测和数值模拟分析了平吹气流对锌蒸气有效逸出的作用机理。结果表明, 对厚度为1 mm的DP590镀锌钢板进行零间隙激光搭接焊时, 平吹辅助气流能有效促进锌蒸气的逸出, 从而获得表面质量和力学性能较好的搭接接头。

采用波长为1 080 nm的光纤激光, 对厚度为0.3 mm的304不锈钢超薄板进行连续激光搭接焊。在6 m/min, 0离焦下, 600 W可以焊透; 超薄板焊接速度可以达到10 m/min以上而不会产生驼峰等缺陷。同时, 进行了焊缝显微组织的研究。当热输入量较小时, 冷却速度较大, 焊缝为全奥氏体; 当热输入量变大后, 焊缝中会夹杂有少量的铁素体。焊缝组织表现为一种“斑块”块状组织, 柱状晶不明显, 柱状晶由不规则的“斑块”状组织代替, “斑块”由焊缝边缘向中间生长并在焊缝中心交汇, 焊缝中心并无等轴晶的形成。区域硬度由高到低依次为母材、热影响区、焊缝, 且热影响区为应力薄弱区。扫描电镜显示拉伸断口形貌为韧性断裂, 接头抗拉强度为620 MPa。

采用波长为1070 nm的光纤激光, 对厚度均为0.2 mm的304不锈钢和T2紫铜超薄板进行了激光搭接焊。采用钢-铜-钢三层搭接方法时, 能得到良好的焊缝和较宽的工艺窗口。焊缝显微结构呈现出与焊缝边缘平行的黑色层状花纹。能谱分析结果表明, 焊缝下部的铜含量高于上部的。显微硬度测试结果表明, 接头硬度最低区域为铜层热影响区, 单侧热影响区的宽度在1 mm左右。拉伸试验结果显示, 断裂位置处于铜层热影响区, 其最大拉伸强度为213 MPa。

研究了外加纵向磁场对SUS316L奥氏体不锈钢激光-稀有气体保护复合焊接接头成形特点、微观组织及显微硬度分布的影响。实验结果表明, 在外加纵向磁场的作用下, 接头的余高减小, 熔宽增大, 成形系数增大, 截面宽而深。外加磁场改变了接头的热循环, 使热影响区析出长条形δ-铁素体, 抑制了晶粒的生长。外加磁场使熔池旋转, 接头晶粒得到细化, 结晶均匀性得到提高, 显微硬度分布变得稳定。这种影响随着磁感应强度的增加而增强, 随着接头深度的增大而减弱。

为了研究磁场对激光焊接的影响, 采用在工件旁放置永磁铁、提供横向或者纵向常磁场对不锈钢进行激光电流热丝焊接的方法, 结合焊缝横截面形状以及焊缝组织等, 对不同磁场下激光热丝焊接头进行了分析。结果表明, 磁场的加入对焊接过程和接头形状有显著影响, 适当的磁感应强度能稳定激光热丝焊接过程, 磁感应强度过大则易造成大量飞溅; 焊缝接头的形状随磁场的方向、极性以及磁感应强度的变化而改变; 横向磁场的加入能提高激光热丝焊接效率; 磁场还能减少焊缝柱状树枝晶区域, 促进胞状晶的形成, 提高焊缝的显微硬度值。外加磁场在焊接熔池中产生了安培力, 安培力是搅拌熔池的主要作用力, 从而改变液态金属流动, 造成激光热丝焊接头形状和组织的改变。

基于主成分分析-支持向量机（PCA-SVM）模型，提出一种利用近红外辐射信号预测接头形貌的方法，研究了信号的变化规律与焊缝形貌之间的相关性，实现了工艺参数的优化。提取信号的6种时域特征参数并进行主成分分析，获得了接头形貌综合评定指标。根据信号的输入特征，利用支持向量机进行了分类预测。结果表明，近红外辐射信号能够反映焊接过程中焊缝状态的变化，不同缺陷的特征变化具有较大差异，且存在清晰的识别度。该预测模型能够准确识别焊缝成形形貌，准确率高达96.6%。

为实现20 mm 厚16MnDR 钢板的窄间隙焊接，设计实验探究了钝边尺寸和坡口角度对焊缝成形及焊接效率的影响，并对坡口尺寸进行优化。在此基础上，采用单激光自熔焊打底，多层多道激光-电弧复合焊填充的工艺实现了20 mm 厚16MnDR 钢板的窄间隙焊接。结果表明，在该工艺条件下，焊缝表面成形良好，焊缝内部也没有明显缺陷产生，与传统工艺相比，焊接线能量降低45%，焊接效率提高155%，具有明显优势。对接头力学性能进行测试发现，接头的抗拉强度略高于母材的抗拉强度，满足强度要求，且将接头弯曲至180°时，接头处没有明显裂纹产生，满足弯曲性能要求。

进行了2 mm SUS301L-HT不锈钢激光焊和惰性气体保护(MIG)焊试验，对比了两组焊缝在成形、显微组织、力学性能等方面的差别。两种焊接方法焊得的焊缝在成形上有较大不同，激光焊焊缝成形均匀稳定，接头角变形小，熔宽小，热影响区(HAZ)窄，优于MIG 焊缝。两种焊接方法焊得的焊缝的金相组织差异较大，激光焊焊缝组织由细小柱状奥氏体枝晶和枝晶间δ铁素体组成，HAZ 发生了回复和再结晶，晶粒有一定程度的长大；MIG 焊缝由粗大的块状奥氏体组织和少量δ铁素体组成，HAZ 组织变化丰富，组织随着与熔合线距离的改变而不同。两种焊接方法焊得的焊缝的力学性能差异明显，激光焊焊缝拉伸性能优于MIG 焊缝，激光焊接头拉伸断裂在焊缝，断口为典型韧性断口，接头抗拉强度达到979.1 MPa，延伸率达到48.2%。

实验上系统地研究了10 mm 厚GH909低膨胀高温合金窄间隙激光-熔化极气体保护焊(MIG)复合焊接过程中焊接参数对焊缝形貌的影响。结果表明，当采用10°坡口角度，0.7 mm 钝边宽度的坡口尺寸时，焊缝成形较优良；焊缝熔宽会随着焊接速度的增大而减小；光丝间距影响了两种热源的耦合机制，在本次试验条件下，实现最优激光-电弧协同效应的光丝间距为1 mm；适当地增大焊接间隙会提高焊缝的熔深。实验中，在优化的焊接工艺参数下获得了良好的，无明显缺陷的焊缝成形。靠近热影响区的焊缝晶粒垂直熔合线向焊缝中心生长，在焊缝中心相互接触抑制形成柱状晶间。