采用光纤激光-熔化极稀有气体保护(MIG)复合焊对不同对接间隙下的3 mm厚低合金高强钢进行焊接。在焊接速度恒定的条件下,研究了不同对接间隙下焊缝的成形过程,并与零间隙下相同工艺参数的激光-MIG复合焊的焊缝形貌进行对比。结果表明:在有对接间隙时,焊缝及其热影响区的上下宽度基本一致(呈U形),而在零间隙下,焊缝及其热影响区的宽度均呈上宽下窄(Y形)的形态。焊缝成形机理如下:在激光-MIG复合焊进行有对接间隙的焊接时,电弧等离子体的形态有三种不同的变化(与任一侧试板起弧燃弧形成的“分叉电弧”以及与两试板同时起弧燃弧形成的“十字电弧”),电弧的三种形态不断变化,形成“摆动”态;“摆动”态电弧等离子体的作用是预热和熔化工件侧壁,激光热源作用在熔池上起到加大熔深、稳定电弧和消除电弧热源导致的侧壁未熔合的作用;对接间隙下电弧热源作用的范围较大,使得母材受热更加均匀;与零间隙焊缝相比,有间隙下的焊缝组织更均匀。

以7.0 mm厚高强钢板为试验材料，采用CO2激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法，研究了电弧能量、激光能量、光丝间距等参数对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响。结果表明，CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中，激光的加入，降低了激光匙孔附近等离子体通道的电阻，使电弧被吸引并压缩至激光匙孔处，从而使电弧阴极斑点更加稳定。电弧能量决定熔滴过渡的模式，激光能量主要影响熔滴的过渡频率。当电弧能量小于4 kW时，熔滴过渡模式为短路过渡和颗粒过渡或是二者的混合过渡；当电弧能量大于4.68 kW时，熔滴的过渡模式为射滴过渡。熔滴的过渡模式对获得稳定的可重复焊接工艺至关重要，射滴过渡比短路过渡更有利于焊接过程的稳定。热源间距保持在2～4 mm的范围内，避免熔滴干扰激光匙孔和熔池产生紊流。

针对钨极氩弧焊(TIG)电弧高频引弧存在易破坏其周围设备、危害人体健康等问题,提出了采用激光等离子体引燃TIG电弧的新方法。以峰值时间为10 ms的CO2脉冲激光进行TIG电弧的引弧试验,并采用高速摄像观察了激光等离子体引燃TIG电弧过程中的等离子体形态。试验结果表明,激光等离子体的形态和大小是引弧成功与否的关键因数之一,只有当激光等离子体接触到钨极导致电极与工件之间的间隙被导通产生电子发射并形成自持放电时才能引燃电弧。在此基础上,进一步研究了保护气体成分、工件材料、激光束离焦量以及保护气体流量等因数对激光等离子体引弧性能的影响规律。