针对车用Al-Mg-Si合金激光-冷金属过渡（CMT）复合焊缝性能短板的问题，从Ti合金化的角度细化焊缝晶粒尺寸提高焊缝力学性能。研究表明，Ti合金化后，液相中析出了Ti（Al_1-xSi_x）₃相，为α-Al的形核提供了优质的异质形核点。且随着Ti箔厚度的增加（40 μm→80 μm），焊缝中Ti（Al_1-xSi_x）₃相体积分数明显增加（1.7%→4.2%），显著提高了α-Al形核率，有效细化了焊缝晶粒。因此，Ti箔厚度为80 μm时，焊缝平均晶粒尺寸由直接焊接条件下的148 μm降低至21 μm，焊缝硬度和抗拉强度分别提高了7.0%和8.2%，分别达到61 HV和225 MPa。

为了得到稳定的激光双电弧复合焊接过程, 采用空间重构技术对不同焊丝间距下焊接过程特征电流最大李雅普诺夫指数(LLE)进行了数值计算, 通过理论分析和实验验证, 取得了不同焊丝间距焊接电流的LLE和标准偏差数据。结果表明, 激光位于两弧中心, LLE小于0.61、间距为3mm~9mm时, 热源耦合良好, 焊接过程稳定;焊丝间距为7mm时最佳, 焊缝表面平整光滑且熔深最大;LLE可以作为焊接稳定性的判据, 且与电信号、电弧形态和熔滴过渡的观察结果吻合度较高。这一结果对保证焊接过程的稳定和安全是有帮助的。

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%。

采用激光焊打底和冷金属过渡(CMT)焊填充的工艺对FV520B钢进行焊接,研究了不同工艺参数下接头的组织和性能。激光打底焊后,焊缝熔化区的组织主要包括原奥氏体晶粒内平行排布的板条马氏体以及分布于原奥氏体晶界和马氏体板条界的δ铁素体;激光焊熔合线位置存在呈连续和离散状分布的δ铁素体。随着CMT填充焊热输入的增加,熔宽、熔深及热影响区的宽度均增加,激光打底焊热影响区和熔化区的组织特征逐渐消失;当CMT填充焊的热输入较低时,在紧靠填充焊熔合线的受热影响的激光焊熔化区(HALWFZ)内,晶粒在高温热影响下变为等轴状,并且随着到熔合线距离的增加而变小;当热输入量较高时,激光焊熔化区的柱状晶组织均转变为等轴晶且晶粒较大。与激光焊相比,填充焊后焊缝横截面在水平方向各区域的硬度分布更加均匀;随着填充焊热输入增加,HALWFZ的平均硬度先增大后减小。填充焊熔化区(FWFZ)的平均硬度低于激光焊熔化区(LWFZ);LWFZ在靠近熔合线处的硬度最低。填充焊后激光焊区域的强度大于母材,填充焊区域的强度小于母材。随着填充焊热输入增加,激光焊区域的冲击韧性增加。电化学腐蚀试验表明,随着热输入增加,LWFZ的腐蚀电位先升高后降低;填充焊前和填充焊后LWFZ的耐蚀性均高于母材。

激光电弧复合焊接由于二者耦合的参数较多,为了得到优良的焊缝形貌通常需要进行大量的参数优化工作才能得到一个相对稳定的工艺参数窗口。为了缩短实验周期同时找到非稳定状态产生的内在机理,采用实验设计方法研究了光丝间距、焊接电压、激光功率对激光+脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)复合焊接表面成形及过程稳定性的影响。通过高速摄影和电信号系统对影响成形规律差异性的原因进行了解释说明。研究结果显示,较高的电压和较小的光丝间距会导致焊接过程不稳定,造成这一现象的原因是熔滴受力模式和大小发生变化最终导致熔滴落点脱离焊枪移动方向。

采用光纤激光-冷金属过渡(CMT)焊、光纤激光-变极性钨极惰性气体保护(VPTIG)焊、光纤激光-熔化极惰性气体保护(MIG)焊三种复合焊接方法对带锁底结构的6106-T6铝合金型材进行焊接。采用优化后的焊接工艺参数,焊后得到了成形良好、无明显缺陷的复合焊接接头,研究了接头的显微组织、拉伸性能和疲劳性能,并分析了疲劳断裂机理及断口形貌。结果表明:激光-CMT和激光-VPTIG复合焊接接头中心由上至下等轴晶尺寸逐渐减小,激光-MIG复合焊接接头焊缝中心的晶粒较粗大,且上下部分等轴晶的尺寸变化不大;激光-CMT、激光-VPTIG、激光-MIG三种复合焊接接头的抗拉强度分别为213.0,198.0, 200.0 MPa,较母材均存在一定程度的强度损失,疲劳极限分别为105.00,100.83,113.50 MPa;疲劳断裂位置均在焊缝熔合线处的柱状晶区,断口均呈韧窝状,为典型的韧性断裂。

将连续激光、脉冲激光分别与脉冲GMAW(熔化极气体保护焊)进行复合,研究了不同复合焊接模式下激光离子体与电弧等离子体的动态交互行为。研究结果表明:与连续激光+脉冲GMAW复合焊接模式相比,脉冲激光+脉冲GMAW复合焊接模式可以在激光平均功率较小的情况下获得更大的熔深;在复合过程中,当激光脉冲峰值出现的时刻错开电流峰值的上升期时,这一瞬态时刻等离子体的急剧膨胀现象可以得到抑制,激光能量的传输可以得到改善。

研究了高功率光纤激光与脉冲气体保护焊(GMAW-P)复合焊接中的等离子体动态行为、熔滴过渡模式以及电信号特征。结果表明, 光纤激光焊接可以采用纯Ar气作为保护气体, GMAW-P电弧与光纤激光复合后会导致激光等离子体膨胀增大, 电弧的弧长变短。比较电压概率密度可以看出, 激光引导模式相较于电弧引导模式时的负载动态波动更为剧烈。

激光双MIG（熔化极稀有气体保护)电弧复合焊具有熔深大、熔敷效率高、焊接质量好等特点，然而由于其耦合机理复杂，给应用带来了一定的困难。基于电磁场理论提出了激光与双电弧耦合机制，当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力相差较大时，等离子体两端的电子分布会不均匀，这使得一端电弧发生弯曲，沿焊丝轴向的促进力减小，熔滴过渡困难。当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力大致平衡时，电子能够比较均匀地分布在等离子体的两端，吸引稳定电弧，利于熔滴过渡。采用高速摄影系统和电信号采集系统研究激光双MIG电弧复合焊接过程，结果表明：当工艺参数不合适时，电弧发生弯曲，导致不稳定的大颗粒过渡和短路过渡；当工艺参数合适时，两个电弧根部被固定在激光光致等离子体的下部，形成稳定的射流过渡。

通过试验研究了在Nd:YAG激光+脉冲金属熔化极气体保护焊电弧(P-GMA)复合热源焊接过程中激光对熔滴脉冲过渡频率和脉冲电流的影响。研究结果表明,对于熔滴脉冲过渡,电流较小时,将激光能量加入到脉冲金属熔化极气体保护焊(P-GMAW)中,将会有助于提高熔滴过渡频率和焊接过程的稳定性;而在电流较大时,激光能量的加入将会不同程度地降低熔滴过渡频率;而激光能量的加入,对P-GMAW电流具有一定的减小作用,但其影响很弱。分析认为,激光通过材料蒸发反冲作用力和激光致等离子体与电弧等离子体的相互作用两种途径来影响熔滴过渡频率,而仅通过两种等离子体之间的相互作用来影响P-GMAW电流。