通过对10 mm厚Q345钢进行高功率激光-电弧复合焊接实验，对比研究了7.5 kW激光对不同模式电弧焊接熔滴过渡与焊缝成形的影响。结果表明：高功率激光的加入对标准熔化极活性气体保护电弧焊（MAG）、冷金属过渡弧焊（CMT）和脉冲电弧焊接过程中的熔滴过渡有显著影响。在标准MAG焊接过程中，激光会吸引和压缩电弧，导致电弧长度显著缩短，同时匙孔喷出的金属蒸气与等离子体会降低熔滴过渡频率；在CMT焊接过程中，激光会延长单次短路过渡周期，同时引起的熔池振荡会降低短路过渡的稳定性；在脉冲电弧焊接时，激光的加入提高了熔滴过渡频率，同时匙孔处的气流对熔滴过渡起阻碍作用，使熔滴向熔池侧面过渡，造成飞溅的产生。与单一电弧焊接相比，激光-标准MAG与激光-脉冲电弧复合焊接中的焊缝熔宽增加，而激光-CMT焊接中的焊缝熔宽的变化不明显；受熔滴直径和过渡频率的影响，激光-标准MAG与激光-CMT焊接中的焊缝余高减小，而激光-脉冲电弧焊接中的焊缝余高略有增加。三种电弧模式下激光与电弧相互作用的熔化能增量值（ψ）不同，其中，激光-脉冲电弧复合焊接的ψ值最高（36%），其次为激光-标准MAG复合焊接（19%），激光-CMT复合焊接的ψ值最小（-12%）。

为探究万瓦级激光-MAG复合焊接焊缝成形特性，在不同的激光功率下，对比分析了三种不同复合焊接方法在焊缝成形、等离子体形态方面的差异性及关联性。结果表明：随着激光功率变化，焊缝的特征尺寸及波动与等离子体的特征尺寸及波动具有一定的对应关系，具体表现为：随着激光功率增加，等离子体面积及其波动都增加，焊缝熔深、熔宽及其波动均增加；当激光功率增加到20 kW时，等离子体面积及其波动的增量开始减小，焊缝尺寸的增量也开始减小，焊缝成形质量开始变差。激光‐单丝MAG复合焊接方法在20、25、30 kW激光功率下的平均熔深增量相比5、10、15 kW下的减小了71.64%。在相同的工艺参数下，与激光-单丝MAG复合焊接相比，激光-单丝MAG复合填丝焊接下的等离子体面积及其标准差显著增加，熔深减小，成形变差，而激光-双丝MAG复合焊接下的等离子形态、焊缝成形变化均不明显。随着激光功率增加，不同的添丝方式体现在焊缝成形及等离子体形态等方面的差异性逐渐增强，当激光功率增加到20 kW时，焊缝熔深以及影响熔深的等离子体面积及其波动的增量有所减小。

采用光纤激光对铜钢异种金属进行激光焊接, 研究接头中典型焊接缺陷的形成机理。结果表明: 铜钢激光焊接头中的主要焊接缺陷是显微偏析、气孔和凝固裂纹。熔池金属凝固过程中的成分偏析是引起显微偏析和凝固裂纹的主要原因。晶界Cu元素偏析削弱晶粒之间结合力, 导致晶粒自身的塑性变形不能完全抵消焊接过程中的热应力, 造成晶界开裂。而气孔的形成主要与激光焊接过程中匙孔的失稳有关, 小孔失稳引起匙孔内壁坍塌, 导致金属蒸气不能顺利溢出熔池表面。提出交变磁场辅助激光焊接方法抑制焊缝中的缺陷, 获得良好的焊缝成形。

采用高功率双光束激光-金属活性气体（MAG）复合焊接技术对Q355ND钢进行焊接。通过调整双光束能量比分析激光能量密度分布对焊缝横截面成形、熔深及熔宽的影响，并获得了27 mm厚板“Y”型单面焊双面成型良好的对接接头。然后分析了焊缝区、热影响区的显微组织和主要元素分布，测定了焊接接头的显微硬度。试验结果表明，随着激光能量比的增大，焊缝熔深表现为先减小后增大的变化趋势，能量比的变化对熔宽影响较小，在激光能量比为0.75时获得了最深的焊缝熔深。通过调整能量比，所焊接的对接接头焊缝显微组织主要为铁素体和贝氏体。在焊接接头熔合线附近元素均匀分布，未出现元素迁移现象。硬度峰值出现在靠近熔合线热影响区附近，焊缝区硬度明显高于母材，热影响区硬度随着与焊缝中心距离的增加而逐渐减小。

为减少6061铝合金搭接叠焊接头激光焊接缺陷, 采用激光摆动焊接方法, 研究光束摆动对焊缝成形质量、显微组织和显微硬度的影响。结果表明:无摆动焊搭接接头焊缝成形粗糙不均匀, 焊缝中心存在大量气孔; 激光摆动焊接可明显改善焊缝成形, 降低焊缝内部气孔率。当扫描幅值为1.0～1.5 mm, 扫描频率为100～300 Hz时, 激光摆动焊缝成形质量良好, 气孔率小于0.6%。与无摆动焊接接头相比, 激光摆动焊接头焊缝形状由Y形变为U形, 且焊缝区晶粒细化; 焊缝柱状晶长度由无摆动时的380 μm减小至130 μm, 等轴晶直径由120 μm减小至75 μm。激光摆动焊还可提高焊缝显微硬度, 焊缝区显微硬度由无摆动时的60 HV增大至65 HV。

研究了外加激光和磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙弧焊的影响。结果表明, 窄间隙弧焊的电弧在窄间隙中难以稳定存在, 无法对坡口底部尖角进行加热。在合适的激光功率下, 窄间隙中的电弧能够稳定燃烧; 但过大的激光参数会使电弧上移, 也无法对坡口底部尖角进行加热。在恒定磁场的作用下, 窄间隙中的电弧向一侧偏摆, 超出窄间隙范围, 另一侧则无法填满窄间隙。随着磁场强度的增加, 此种不对称现象更明显。在交变磁场的作用下, 电弧的左右偏摆交替出现, 形态与恒定磁场的作用几乎一致。在激光的作用下, 光致等离子体使电弧在小孔处聚集和稳定燃烧; 加入磁场后, 带电粒子发生旋转, 而其在电弧中的不均匀分布使电弧在左侧或右侧聚集。因此, 磁场方向的改变使电弧在左右两侧交替偏摆。

本文探索了光束摆动对TC4钛合金窄间隙激光填丝焊缝成形和气孔率的影响。研究结果表明,无摆动时,焊缝表面起伏不连续,横截面窄而深,增加光束摆动之后,表面成形连续均匀,横截面相对变得宽而浅。当采用垂直或圆形摆动方式,摆动幅度为1.5~2 mm,摆动频率在20~100 Hz之间时,获得了焊缝表面和横截面成形良好的焊接接头。当采用圆形摆动,摆幅为2 mm,摆动频率在100~200 Hz之间时,获得的焊缝无明显气孔。采用该工艺进行了20 mm厚TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接,焊接接头呈银白色,焊缝均匀连续,接头拉伸性能测试表明,其最大抗拉强度达930 MPa,接头强度与母材等强,断裂方式为韧性断裂,拉伸试样断裂在母材。

对3.0 mm厚BTi6431S高温钛合金进行光纤激光焊接,从焊缝成形、气孔和金属蒸气/等离子体特征等方面研究了焊接工艺参数对焊缝成形质量及焊接过程稳定性的影响。结果表明,激光功率对焊缝熔宽、余高、咬边和气孔率均有影响;焊接速度主要影响焊缝熔宽和背宽比。焊接工艺对焊缝成形质量的影响与金属蒸气/等离子体特征与稳定性密切相关。较低激光功率(1.5~2.5 kW)或较高焊接速度(3.5~4.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及面积波动均较大,焊缝未熔透且气孔率高;中等激光功率(3.0~3.5 kW)和焊接速度匹配(2.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及周期波动均较小,焊缝全熔透,成形质量好。

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响, 针对6mm的A7N01铝合金板, 采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式, 进行了激光-MIG复合焊接试验, 观察焊缝成形及接头微观组织, 并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口, 在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时, 焊缝表面成形良好, 底部成形连续; 接头平均抗拉强度为271MPa, 达到母材的60%; 焊缝中心硬度为85.4HV, 达到母材的78%。结果表明, 随着激光功率的提高, 焊缝熔深呈线性增大; 焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小, 余高略有增加; 焊接接头对不同坡口形式的适应性良好; 接头中热影响区晶粒粗化, 硬度降低, 熔合区晶粒为树枝晶, 易产生工艺类氢气孔, 焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。

为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能, 采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析, 并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明, 在高离焦量绝对值时, 易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞, 在离焦量0mm~-2mm范围内可获得成形良好的焊缝; 焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°, 靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍, 热影响区晶粒发生粗化, 且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大; 焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当, 可达母材的77.3%, 离焦量0mm~-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm~-4mm对应的接头延伸率, 可达母材的54.9%; 焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。