红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料（Fiber reinforced polymer，FRP）以及热障涂层等的无损检测与评价。本文首先简要介绍了红外热成像技术的基本原理和检测系统构成，特别是对光学、超声以及电磁等主要热激励形式的特点和优劣势进行了对比。然后，根据热激励形式的发展历程，详细介绍了光激励红外热成像技术在 FRP复合材料和热障涂层无损检测与评价方面的研究现状与进展，重点关注了 FRP复合材料/热障涂层热成像无损检测中的热难点问题。最后总结并展望了 FRP复合材料/热障涂层红外热成像无损检测技术的未来发展趋势。

为实现石英玻璃的快速密封焊接，本文提出了一种利用皮秒激光进行两步扫描的焊接方法，首先利用较高能量脉冲快速扫描，在玻璃界面形成初步焊接，再利用较低能量脉冲慢速扫描，扩大熔池体积。在焊接强度和密封性能等方面，将两步扫描焊接与传统单步扫描焊接进行了对比，结果表明：两步扫描焊接样品具有更高的焊接强度（平均剪切强度达到了45 MPa），同时可实现更好的密封效果。为了探究不同间隙宽度下玻璃焊接强度的变化，通过滴加含不同直径SiO₂微球的分散液增大玻璃间隙，结果发现两步扫描方法可以对间隙超过27 μm的石英玻璃进行一定强度的焊接（剪切强度为2.4 MPa）。基于此方法，成功实现了石英玻璃的高强度快速密封焊接，并利用单一皮秒激光扫描平台演示了微通道的快速制备和封装。

为研究小孔的形成过程,在光纤激光平板扫描焊接低碳钢中,采用调制激光出光时间的方式进行实验。结果表明:小孔的形成过程极为迅速,完整的形成时间在ms量级。低速焊接时,小孔的形成过程包括急速增加、缓慢增加和基本稳定不变三个阶段。高速焊接时,小孔的形成过程仅有急速增加过程。进一步实验结果表明:小孔的形成时间不超过激光焊接特征时间,且激光焊接特征时间随焊接速度的增加而减小,这是高速焊接时小孔仅有快速形成过程的原因。

基于可视化观察,研究了光纤激光-TIG电弧复合焊接等离子体的多重形貌特征。结果表明:基于等离子体光强的非均匀分布特性,利用多重成像法可同时观测出复合焊接等离子体的三重像和四重像,并可区分出金属等离子体和电弧等离子体,而且采用氦气保护比采用氩气保护更易于区分;在相同的电弧电流和成像条件下,复合焊接等离子体的面积明显大于单电弧焊接等离子体的面积;TIG电弧-激光复合焊接等离子体的面积明显大于激光-TIG电弧复合焊接等离子体的面积;复合焊接等离子体中金属等离子体与保护气并未充分混合,金属等离子体对复合焊接等离子体的形貌、稳定性等方面具有重要影响。

采用光纤激光-CMT复合焊接工艺对6 mm厚5454-H24/6106-T6铝合金型材进行对接焊试验。经工艺参数优化后, 得到成形良好的焊接接头,在此基础上分别进行了1次、2次和3次补焊, 对比分析了多次补焊后接头的显微组织和力学性能, 并评估了接头的热裂纹敏感性。结果表明, 所得到对接接头和3次补焊接头的焊缝横截面均为典型的“Y”型, 随着补焊次数增多, 熔宽增大, 相应的热影响区(Heat affected zone, HAZ)范围也越宽, 焊缝区显微组织晶粒变大, 气孔倾向有所增加。复合焊接接头的抗拉强度和屈服强度都有所降低, 焊接接头均于焊缝处断裂。补焊后, 6106侧热影响区显微硬度有所下降, 而5454侧热影响区未出现明显降低。补焊后, 热裂纹敏感性升高, 在控制好工艺和降低焊接缺陷的情况下, 可以进行三次补焊。

针对性能优良的不锈钢车体电弧焊后表面氧化物的清理需求，研究了采用光纤激光器对不锈钢焊后表面进行激光清洗的工艺、机理及清洗后表面元素测试。通过不同工艺参数的对比实验，分别研究了激光功率、激光频率和清洗次数对清洗效果的影响，并提出了不锈钢表面焊后氧化物可能的两种剥离机制。通过对分别采用激光清洗和机械磨刷两种清理方式清理后的不锈钢表面进行测试，并将测试结果进行对比分析发现，激光清洗后的表面清洁度要优于传统的机械磨刷清理后的表面，该发现有助于激光清洗在不锈钢表面污物清理应用的大范围推广。

为了降低轨道列车车身侧墙板不锈钢的制造成本, 探索氮气保护焊接的可行性, 采用不同比例的氮氦混合保护气开展CO2激光搭接焊试验, 并针对等离子体行为、焊缝形貌、接头拉伸性能和疲劳性能等方面进行研究。结果表明, 随着氮气成分的增加, 等离子体温度和电子浓度没有显著变化; 焊缝表面成形良好, 搭接界面宽度略有减小; 搭接界面的金相组织均由γ奥氏体和少量δ铁素体组成; 接头力学性能与疲劳性能均无明显变化, 拉伸断裂位置发生在搭接位置处, 属典型的韧性断裂。进一步分析表明, 氮气保护可有效抑制光致等离子体, 使焊接过程较为稳定; 氮气对搭接界面并无明显影响, 故而对接头的力学性能与疲劳性能亦无明显影响。该实验表明, 轨道列车不锈钢的激光搭接焊可采用氮气保护。

红外热波成像是近年来发展较快的一种新型无损检测技术，它是一门跨学科、跨应用领域的通用型实用技术，其三大核心技术包括热激励、红外图像采集及红外图像处理。本文对热激励技术中的闪光灯、激光、卤素灯、红外灯、超声、电磁等几种主要热激励方法的特点及研究现状进行了介绍与对比，分析了采集技术中的制冷与非制冷热像仪各自特点，并对红外图像处理技术中的降噪、增强、序列热图处理及缺陷提取等四大研究方向进行了总结，介绍了相应发展状况和进展。最后总结了该技术的发展趋势。

搭建了双丝脉冲MIG焊接试验系统, 为了分析研究双丝脉冲MIG焊接的热源耦合机理以及电弧温度场, 采用光谱技术对其电弧进行了诊断分析, 采用中空探针法进行等离子体的辐射采集, 得到电弧等离子体的光信号, 利用Boltzmann图法计算了双丝脉冲MIG焊接电弧等离子体的电子温度, 得出了电弧等离子体的电子温度分布规律, 并结合电信号采集和高速摄像技术对电弧进行了综合分析。研究创新之处在于结合了电弧的高速摄像图片信息和电弧等离子体的光信号对双电弧耦合机理进行分析, 对电弧温度场进行了较为直观的分析研究。试验结果表明, 在本试验条件下焊接过程实现了推挽式输出, 实现了一脉一滴的过渡方式;两个电弧在焊接过程中在磁场的作用下相互吸引, 向中心发生了偏移, 在双电弧的几何中心形成了新的热源中心, 并且电弧发生上飘现象;双电弧电子温度整体呈倒V型分布, 在双电弧几何中心位置, 距工件表面3 mm的位置电弧电子温度最高, 为16 887.66 K, 比最低温度11 963.63 K高大约4 900 K。