主动热防护构件作为航空航天领域的重要结构，光纤激光焊接是该类结构的优选制造工艺。苛刻的服役环境对焊缝成形、表面保护及气孔缺陷提出了很高的综合要求。基于侧吹保护的光纤激光非穿透深熔焊接工艺试验，采用超景深显微镜、数字RT检测及灰度处理等设备及方法，系统分析光气间距、气体输送角度、保护气输出长度及气体流量等参数对焊缝成形、焊缝保护效果及气孔的影响规律。结果表明，保护气流量及光气间距对焊缝形貌及气孔率影响较大，正值光气间距参数下焊缝气孔率较低，气孔率同保护气流量正相关。基于优化的气体保护参数，优化了喷嘴结构，实现了主动热防护凹槽三维构件的激光焊接制造，并通过台架测试。

激光焊接B340LA高强钢是汽车轻量化设计制造的重要技术难题。采用Fe30金属粉末作为填料开展了B340LA高强钢激光填粉焊接工艺试验，研究了对接间隙、焊接速度和填粉速度对焊缝质量的影响规律，发现在优化工艺参数条件下，可以得到焊缝形貌平整，焊缝强度高于母材的优质焊缝。结果表明，对接间隙是影响表面余高和塌陷的最重要工艺参量，随着对接间隙的增大，焊缝形貌下凹量增大，当对接间隙为0.15 mm时，焊缝出现塌陷。焊接速度对焊缝表面余高和塌陷影响较小，随着焊接速度的增加，焊缝形貌平整，未出现塌陷现象。填粉速度对抗拉强度的影响较大，随着填粉速度的增加，焊接件的组织大范围细化，抗拉强度增加。当填粉速度<8.27 g/min时，焊接接头断裂在焊缝位置；当填粉速度≥8.27 g/min时，焊接接头断裂在母材，此时焊接接头强度高于母材。该研究成果丰富了激光焊接基础理论，为车用B340LA高强钢激光焊接提供技术支撑。

使用半导体激光器透射焊接聚碳酸酯(PC)板材,对比了以涂抹有碳黑的金属铜膜(CWCB)作为激光吸收层和以碳黑(CB)作为激光吸收层的PC件的可焊性差异,进一步分析了CWCB宽度对焊接件的结构特征、焊缝变形、残余应力和焊接强度的影响。结果表明:与CB相比,CWCB作为激光吸收层的焊缝区域气泡的数目较少,焊缝中的CWCB有明显的变形。随着CWCB宽度的增加,变形深度和变形面积增加,当CWCB的宽度超过2.5 mm时,变形深度和变形面积逐渐下降,焊缝边缘的溢出高度为386.32~392.26 μm。残余应力与焊缝宽度随着CWCB宽度的增加而增加。CWCB宽度为1 mm时焊接件具有最大的焊接强度21.5 MPa,之后随着CWCB宽度的增加,焊接强度逐渐减小。

利用焦点高频旋转方法进行了光纤激光点焊工艺研究，并与传统激光点焊工艺进行了对比分析。结果表明，在热导焊接模式下，利用激光焦点高频重复扫描的熔池热积累效应，通过调节激光旋转工艺参数，可以有效调控焊点形貌。随着热量的不断累积，焊点形貌由双“V”形转变为“W”形，直至“U”形。与传统激光点焊工艺相比，焦点高频旋转点焊的焊点宽深比大，且基本无气孔缺陷。同时，该方法可以有效调控焊点显微组织及显微硬度。

通过SUS301L不锈钢材料的激光-MAG(熔化极活性气体保护电弧焊)复合焊试验,研究了激光功率对不同过渡模式下熔滴及焊缝尺寸的影响。结果表明,随着激光功率的增大,金属蒸气的反作用力增大,电磁力方向发生改变并影响熔滴的过渡。在短路过渡模式下,当激光功率超过2000 W后,熔滴过渡困难,熔滴与熔池的接触点偏向激光侧。在射滴过渡和射流过渡模式下,当激光功率达到3000 W后,熔滴过渡及焊接电压出现不稳定现象。在不同过渡模式下,焊缝的熔深、熔宽均随激光功率的增大而增大;当激光功率达到2000 W后,熔深与激光功率呈线性递增关系,而熔宽基本保持不变。

利用纳秒激光对铝合金和镁合金薄板进行了中心搭接焊试验, 分析了纳秒激光工艺参数对铝/镁焊缝成形及力学性能的影响。研究结果表明, 在纳秒激光焊接能量输入低、激光功率密度大、焊接速度快的条件下, 可形成有效的铝/镁焊接接头, 剪切强度达到86 MPa。在5~10 kW激光功率范围内, 焊缝熔深与纳秒激光功率密度呈线性关系, 而与激光持续作用时间和激光点能量呈对数关系。

对304不锈钢板进行了激光填粉焊接试验, 研究了不同焊接工艺参数对焊缝横截面形貌、抗拉强度、断口形貌的影响规律, 并获得了最优工艺参数组合。结果表明, 在试验范围内, 焊缝宽度与激光能量密度正相关。从零离焦量向正、负离焦量变化时, 上焊缝宽度增加, 下焊缝宽度减小; 低功率和零离焦量会降低试样的抗拉强度。焊接件抗拉强度随着焊接速度的增加呈先增大后减小的趋势; 断口形貌随抗拉强度的增大依次表现为解理断裂台阶状, 准解理断裂河流状, 塑性断裂韧窝状。由正交试验得到的焊接最优工艺参数为：激光功率2.7 kW, 焊接速度160 mm·min-1, 离焦量+5 mm。

以5.0 mm厚高强钢板为试验材料, 进行了CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴形态的变化以及过渡模式, 并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像, 通过试验深入研究激光功率与电弧功率匹配对复合焊接过程中焊接稳定性、焊缝形貌、熔滴形态以及过渡模式的影响。研究表明, 当电流为200 A, 电压27 V时, 激光功率变化过程中, 熔滴过渡处于射流过渡状态, 焊缝表面形貌较好, 焊缝平滑连续, 没有明显缺陷; 其他参数不变, 随着激光功率增大焊缝熔深增大, 随着电弧电压与电流增大熔宽增大; 当I＝180 A, U＝26 V时, 电弧弧柱面积增大, 激光对电弧吸引作用增强, 促使熔滴过渡比较稳定, 使熔滴作用点与激光作用点完全重合。

以不锈钢为研究对象，对比研究了单、双光束激光焊接过程中的熔池形态和焊缝形貌，建立了二者之间的相关性。结果表明，单、双光束激光焊接具有不同的熔池形态演变过程，光斑间距会影响双光束激光焊接熔池尺寸及焊缝形貌。双光束焊接过程中匙孔之间的相互作用垂直于双光斑连线方向，形成强烈的熔体流动，而单光束焊接熔体向匙孔周围均匀流动。熔体流动方式的不同是导致单、双光束焊缝形貌差异的关键。

采用光纤激光器焊接3 mm 厚AZ31B 镁合金对接接头，借助光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸实验机和显微硬度计对接头焊缝成形、微观组织及力学性能进行研究。结果表明，镁合金光纤激光焊接焊缝宽度窄且表面成形良好，焊接末段上表面和背部分别出现微量下塌和上凹。焊缝区为细小的等轴晶，热影响区组织相对母材发生粗化；沿焊接方向，焊缝区的晶粒尺寸逐渐增大。焊接接头热影响区硬度最低，拉伸试样的抗拉强度和延伸率可达母材的95.1%和89.3%，此时在热影响区以韧脆混合模式发生断裂。