半球陀螺激光封焊的主要缺陷是匙孔处凝固裂纹。为解决焊缝气密性难题，在运用激光焊接“小孔效应”原理对焊接过程进行理论分析及相关试验验证的基础上，探讨了焊接接头“错边”结构对防止热裂纹的机理，并据此提出了新的焊接结构。研究结果表明，新结构焊缝裂纹受到抑制，气密性得到了显著提高。

2060-T8铝锂合金是具有低密度、高比强度，及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087（Al-Mg-Zr）焊丝焊接2 mm厚2060-T8铝锂合金，研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响，分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明，结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加，随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3 kW、焊接速度和送丝速度为3 m/min的工艺参数下接头成形良好，无焊接裂纹，焊接接头的平均抗拉强度为309 MPa，断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比，焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化，这与熔池流动机制与边界层厚度有关。

2524铝合金是高抗损伤容限的新型航空高强铝合金。采用高功率光纤激光器焊接2 mm厚2524铝合金，研究了原始包铝表面、去除包铝层表面氧化膜和去包铝层时的焊接结晶裂纹倾向，借助光学显微镜和电子显微镜分析了焊缝组织形态。结果表明，去氧化膜时结晶裂纹倾向最大，去包铝层后结晶裂纹倾向最小。不同表面状态对结晶裂纹的影响与焊缝组织晶粒大小、共晶形态及其数量密切相关。2524铝合金表面包铝层的存在稀释了焊缝合金元素，共晶数量较少，对裂纹“愈合”作用减弱，因此结晶裂纹倾向大；而包铝层表面氧化膜在焊接时卷入焊接熔池，成为异质形核核心，焊缝组织细小、晶界共晶分布不连续，从而可降低结晶裂纹倾向。

激光焊接过程中较快的冷却速度可能会加剧凝固热裂纹的发生。目前对于激光焊接过程中凝固热裂纹敏感性的系统研究还较少，如何准确测量焊接凝固热裂纹发生的临界应变和温度是获得热裂纹敏感性数据的关键。利用基于高速高倍在线摄像的U型热裂纹实验，捕捉到激光焊接过程中凝固热裂纹发生的瞬间，并通过跟踪测量热裂纹尖端附近两点的位移变化获得凝固热裂纹发生的临界应变；同时，在焊接过程中采用在线观察热电偶投入法对焊接熔池后端的温度变化进行了测量。通过改变U型热裂纹实验的拉伸载荷，获得不同温度下热裂纹发生时的临界应变，从而构建表征凝固热裂纹敏感性的韧性曲线。