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。

针对轻量化发展中铝合金焊前表面清理的工艺需求, 研究了铝合金板材光纤激光清洗机理。通过分析激光空间与能量分布参数, 确定激光清洗中需要的激光密排方式。在此基础上, 进行激光清洗工艺实验, 得到了激光参量对表面状态的影响规律, 探究并优化了氧化膜剥离工艺, 并提出铝合金表层氧化膜可能的两种剥离机制。通过对优化后的清洗参数进行焊接评估, 发现激光清洗可以改善焊缝成形, 显著提升接头力学性能, 验证了光纤激光清洗改善铝合金接头质量的可行性, 有助于高强度铝合金接头在制造业领域的大面积推广。

为了识别激光焊接过程中间隙和错边缺陷, 采用自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统, 实现不锈钢焊接过程中等离子体可见光信号及熔池红外光信号的实时监测, 并利用滤波和短时傅里叶变换的信号处理方法对不同缺陷的光信号进行数据分析。得到了信号时域频域随焊接缺陷的变化规律, 当出现间隙缺陷时, 可见光信号时域幅值从1.5V降至0.2V, 1000Hz~4000Hz频率成分缺失, 红外光信号时域幅值由3.5V降至1.0V, 2000Hz~7000Hz频率成分缺失; 当出现错边缺陷时, 可见光信号时域幅值从2.0V降至0.5V, 红外光信号时域幅值由4.0V降至0.5V, 两者0Hz~1000Hz频率成分均缺失。结果表明, 可见光信号与红外光信号与激光焊接状态存在一定的相关性, 利用光信号的幅值与频率的变化可以有效地识别激光焊接过程中的缺陷。这对实际生产具有一定的应用价值。

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。

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。

开展了铝镁合金5A06激光－MIG复合焊接工艺试验, 研究了工艺参数对焊缝成形及内部质量的影响, 获得了改善焊缝成形质量和控制焊缝内部气孔的有效方法, 并对激光-MIG焊接接头进行力学性能测试, 显微硬度分析。结果表明, 在合适的工艺参数下, 激光－MIG焊对铝合金焊接接头气孔有明显改善作用, 焊缝成形美观, 接头内部质量良好, 接头抗拉强度可达母材强度的94.99％。

使用光纤激光器进行了5754铝合金激光-MIG复合焊搭接工艺试验，研究了铝合金激光-MIG复合焊接焊缝内部氢气孔、工艺气孔及夹层气孔的形貌与分布特征，深入分析了3类气孔的形成机理，探讨了铝合金激光-MIG复合焊接气孔的产生倾向。结果表明，氢气孔的形成与熔池中的氢析出、聚集与合并有关，工艺气孔产生的根源是焊接过程小孔的瞬间失稳，而夹层气孔则与搭接处的难熔氧化膜密切相关。铝合金激光-MIG复合焊接氢气孔产生倾向较电弧焊大，工艺气孔产生倾向较单独激光焊小。清除工件表面氧化膜、增加小孔稳定性、促进气泡逸出有利于减少焊缝内部的气孔。

镀锌钢板激光搭接焊过程中, 锌蒸汽的行为对焊缝成形和焊接质量的影响很大, 通过创造一种有利于锌蒸汽逸出的途径是镀锌钢板激光搭接焊的研究重点。基于吸气的方式在熔池及小孔上方创造一个负压环境, 使锌蒸汽在焊接过程中顺利的逸出从而得到好的搭接接头质量, 试验中通过高速摄像, 测温等辅助手段来观察焊接过程中行为。研究发现, 通过吸气的方法可以获得外观成形和微观组织均满意的搭接接头。