采用气体辅助排水装置对Inconel 690合金进行水下局部干法激光焊接，研究了热输入和离焦量对焊缝成形、横截面几何特征、对接接头缺陷和力学性能的影响，从而实现工艺参数优化。结果表明：热输入对焊缝的宽度影响较大，熔池的Marangoni流动和金属蒸气的喷发导致顶部区域宽度扩大。焊缝的结晶形态由平面状经过胞状转变为树枝状。随着焊接热输入的减小，焊缝晶粒尺寸减小，力学性能则不断增强。焊缝的宽度随离焦量的增加而改变，离焦量为零时，接头力学性能最佳。水下和陆上焊接获得的接头显微组织均由胞状晶、柱状晶和树枝晶组成。陆上焊接接头枝晶间存在Cr和Ni元素偏析现象。而水下焊接过程中水的快速冷却作用有助于改善接头枝晶间的合金偏析程度，但恶化了合金元素晶内偏析。在最佳焊接工艺参数下，水下焊接接头的抗拉强度和陆上焊接接头相似，冲击韧性亦达到陆上焊接接头的90%，显微硬度则高于陆上焊接接头。

针对目前焊缝外观检测实时性差、精度低等问题，提出一种基于光学低相干的焊缝外观特征检测方法。利用光学低相干测量原理获取焊缝外观的三维坐标信息，并利用滤波算法提取出焊缝三维轮廓；基于焊缝轮廓线的特征，提出采用DBGBCA算法对点集进行分类，以确定拟合区间；利用RANSAC算法进行直线拟合后，精确调整多项式拟合区间和拟合阶数进行曲线拟合；基于直线拟合和曲线拟合确定特征点，得到焊缝外观参数。试验结果表明，所提方法可使检测结果精确到0.004 mm，满足工业生产要求。

针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题，提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验，研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，当中心激光束功率大于环形激光束功率时，施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽；当中心激光束功率小于环形激光束功率时，焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域，焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域，焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大，焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时，接头抗拉强度和延伸率最高，接头断裂于焊缝熔合线附近，呈韧-脆混合断裂模式。

开展了440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接试验，研究了焊接速度对焊缝成形和低温冲击韧性的影响规律。结果表明，焊接速度对焊缝成形具有较大影响：焊接速度较小时，焊接热输入较大，熔池易塌陷；焊接速度较大时，由于激光能量密度不足，激光小孔熔透不稳定，焊缝底部易形成驼峰。随着焊接速度增大，440 MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接焊缝的低温冲击韧性呈先增加后降低的趋势：当焊接速度低于1.0 m/min时，焊缝的－40 ℃冲击吸收功较低，小孔型气孔是主要影响因素；当焊接速度为1.2 m/min时，气孔倾向小，焊缝的冲击吸收功达到了175 J；当焊接速度增加到1.5 m/min以上时，贝氏体含量较大，焊缝的低温冲击吸收功下降。

基于6 mm厚TC4钛合金扫描振镜激光-TIG复合焊接试验, 着重研究了焊接电流、送丝速度、多参数协同作用对复合焊缝成形的影响。结果表明, 在复合焊接过程中, 焊接电流对焊缝熔宽的影响较大, 激光功率对焊缝熔深的影响较大, 送丝速度同时对焊缝余高和熔深产生较大的影响。此外, 只有当焊接电流达到一定阈值时, 焊缝表面没有明显的焊接飞溅, 且该阈值与激光焊接热输入呈反相关。因此, 若想获得良好的复合焊接质量, 应控制合理的送丝速度并与复合焊接的整体热输入相匹配。

本文采用高速摄影技术和宏观金相对船用E36高强钢激光复合焊接熔滴过渡、焊缝成形及其机制进行研究。结果表明: 与激光引导电弧复合焊接相比, 电弧引导激光复合焊焊缝熔宽降低, 余高增加, 其熔滴过渡速率低于激光前引导模式。增加激光功率能消除焊缝背面焊瘤, 弧长修正系数过大会降低熔滴进入熔池过程的稳定性, 使焊缝成形质量降低。随着光丝间距的增加, 熔池长度增加, 激光金属蒸气对熔滴的作用力和熔滴下部的电磁力降低, 减少了熔滴过渡的阻力。电弧前引导时, 焊缝熔池金属铺展性较差, 熔宽和余高逐渐降低; 激光前引导时, 背面熔宽增加, 当光丝间距为8 mm时, 两热源熔池近似分离, 焊缝出现明显凹陷。

有机发光显示屏(Organic Light Emitting Display, 简称OLED)是一种具有诸多优点的显示器, 目前被广泛应用于电子设备中, 但其使用寿命极易受水汽及氧气的影响。采用激光封装能有效解决这一问题, 但玻璃焊接存在裂纹、气孔等缺陷。本文采用大族激光完全自主研发的WFD100焊接系统, 借助测温仪研究了激光功率对焊缝形貌及焊接过程中温度变化的影响。结果表明: 在合适的热输入工艺参数下, 能获得成型良好的接头形貌, 随着激光功率的增大, 接头出现裂纹缺陷。

基于1.0 mm厚6A02铝合金光纤激光填丝焊接试验, 选取具有全熔透特征的三组不同焊缝成形的焊接接头, 着重分析了焊缝背宽比Rw对接头性能的影响。结果表明: 在一定范围内, 随焊缝背宽比Rw的逐渐增加, 接头的拉伸强度逐渐降低, 并伴随着焊缝平均熔宽和焊接接头横截面熔化区面积的逐渐增加, 焊缝中心显微组织逐渐粗化, 接头软化现象更加显著。经历固溶时效热处理, 焊接接头的拉伸性能恢复到较高水平。当焊缝背宽比较小时, 无论是焊态还是热处理态, 接头的综合拉伸性能均最佳。因此, 获得较小焊缝背宽比Rw的全熔透焊接接头是保证更好接头质量的有效措施之一。

利用新型光纤激光作为热源, 在氩气保护下对金刚石磨粒和Ni-Cr合金钎料进行激光钎焊工艺试验。分析了激光功率和焊接速度对焊缝成形的影响, 研究了Ni-Cr合金钎料与金刚石磨粒钎焊界面微结构和生成物。结果表明, 激光功率和焊接速度对Ni-Cr合金钎料熔化程度和金刚石热损伤具有较大影响。激光功率和焊接速度均较小时, 焊缝成形一致性差。激光功率和焊接速度均较大时, 焊缝外观成形良好而金刚石磨粒底部熔化不充分易脱落。激光功率为700 W ~ 760 W, 焊接速度为0.7~1.5 mm/s, 离焦量为+18 mm时, 可以获得外观成形良好且结合强度高的钎焊缝。Ni-Cr合金钎料与金刚石磨粒之间存在一薄结合界面, 厚度约4 μm; 金刚石磨粒表面存在片状和条状的物质, XRD分析表明为Cr3C2。

以3 mm厚高强钢为试验材料,采用光纤激光-熔化极稀有气体保护焊电弧复合焊接方法,研究了焊速为5 m·min ^-1时激光功率与电弧电压对焊缝形貌的影响,并与低速焊接中厚板得到的焊缝形貌进行了比较。研究结果表明,增大电弧电压和激光功率均能提高焊接过程的稳定性,获得良好的焊缝成形。在不同的热源位置下,焊缝形貌会出现浅“Y”型和深“Y”型的区别。通过高速摄影发现,当激光前置时,熔滴尺寸较大,且过渡时易发生汽化爆炸,对熔池的冲击较大;当电弧前置时,匙孔稳定存在,液态金属能沿着孔壁向下流淌,增大熔池底部面积。在低速焊接中厚板时,由于焊接线能量及工件的表面张力存在差异,焊缝形貌与高速焊接薄板时得到的形貌不一致。