为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。

研究了SiC颗粒增强Al基(SiC_p/Al)复合材料的激光焊接特性,并对比分析了激光-冷金属过渡(CMT)复合焊接、单光束和双光束激光填丝焊接方式对焊接接头形貌和拉伸性能的影响。实验结果表明,双光束激光填丝焊接可获得表面无明显缺陷且连续性较好的焊缝。单光束激光填丝焊接接头的力学性能最优,其强度可达到母材强度的69.4%。受焊缝区气孔率的影响,激光-CMT复合焊接和双光束激光填丝焊接接头的强度仅能达到母材强度的62.5%和53.8%。

研究了激光填丝焊接工艺参数对哈氏合金薄板纵向挠曲变形的影响,结合样件弯曲刚度和等效载荷分析了焊接工艺参数对纵向挠曲变形的影响。结果表明:激光填丝焊接过程的线能量和相对送丝量通过影响弯曲刚度和等效载荷,进而影响纵向挠曲变形;随着线能量的逐渐增大,等效载荷也逐渐增大,样件的弯曲刚度呈减小—增大—减小的变化趋势。在一定范围内增大线能量会使等效载荷和弯曲刚度同时增大,从而导致挠曲变形的变化幅度相对较小。相对送丝量增大使弯曲刚度在等效载荷不变的情况下明显增大,从而导致焊接变形减小。在合理的参数范围内尽量选择小线能量和大相对送丝量有利于抑制变形。

为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响,获得稳定过渡模式,借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为,并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明,离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性,获得的焊缝质量良好,焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡,此时焊接稳定性最差,焊接过程中匙孔会完全闭合,焊缝表面成形不规则,焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。

采用激光填丝焊方法焊接了6082铝合金，研究了焊接速度对焊接接头热影响区软化的影响。结果表明，当温度为430~560 ℃时，接头热影响区会发生明显的β″强化相溶解， β″相的数量明显减少，接头的硬度和拉伸强度减小，发生了热影响区的深度软化效应，热影响区的软化区成为接头最薄弱的区域。当激光功率为4250 W，焊接速度为2.7 m·min-1时，接头热影响区的局部深度软化现象得到有效抑制，其平均硬度值大于82 HV，抗拉强度增大至249 MPa，接头的拉伸断裂发生于焊缝。

利用超窄间隙激光填丝焊技术实现了P92/Inconel 625异种接头,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊接接头的焊缝整齐,侧壁熔合良好,无气孔等缺陷;焊缝具有典型的凝固组织特征。P92钢热影响区的组织为马氏体,并分为粗晶区和细晶区。焊接接头界面中P92钢粗晶区的硬度最大,经热处理后硬度减小。常温拉伸试验中试样均断裂于Inconel 625合金,高温拉伸试验和高温持久试验中试样均断裂于P92钢,焊接接头的冲击韧性介于两种母材之间。

采用5183焊丝作为填充材料, 对3 mm厚的5083铝合金对接接头进行光纤激光填丝焊接实验。分析了离焦量、焊接速度、送丝速度和激光功率对焊缝成型及强度的影响,并对最优焊缝进行了金相组织、显微硬度、力学性能的检测分析。结果表明, 采用离焦量0 mm, 激光功率4 100 W, 焊接速度4.2 m/min, 送丝速度3 m/min的工艺参数焊接3 mm厚5083铝合金, 可获得高质量焊缝, 焊缝硬度达HV 60以上, 未出现接头软化, 拉伸试验断裂位置为母材, 焊缝强度高于母材。

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺, 焊接了50 mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明, 焊接接头无宏观缺陷; 热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体, 母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体, 硬度为280 HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材, 接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的, 但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。

通过SiC颗粒示踪法获得了焊丝填充对熔池表面流动的影响规律, 分析了不同的焊接工艺、焊丝填送模式和送丝角度对熔池表面波动行为及焊缝成形的影响。结果表明, 在激光自熔焊过程中, 熔池表面液态金属向后方及熔池另一侧流动, 熔池表面波动较剧烈, 焊缝表面出现凹陷缺陷; 在激光填丝焊过程中, 熔池表面金属全部表现为从前向后的快速流动, 熔池表面波动相对稳定, 焊缝表面成形良好。在激光填丝焊过程中, 焊丝的过渡模式对熔池表面稳定性有显著影响, 降低送丝角度有利于获得稳定的液桥过渡及减少焊缝气孔缺陷。

对3 mm厚的C18000铜合金板分别进行了激光焊接和激光填丝焊接研究，重点分析了焊缝的组织、成分和力学性能。结果表明，直接采用激光焊接时，焊缝出现了晶粒长大的现象，显微硬度为90 HV，强度仅为313 MPa；采用ERNiCu-7焊丝进行激光填丝焊时，焊缝内Ni的质量分数自上而下从31%降至10%，焊缝组织为单相固溶体，显微硬度提高到130~180 HV，强度提高到391 MPa，性能优于直接激光焊接的。