为优化制造工艺和提高生产效率，针对航天固体火箭发动机壳体用30Cr3超高强度钢进行激光焊接特性研究。在焊接过程中通过对匙孔和熔池的高速摄影进行实时观察，发现在所选激光功率范围内存在三种不同的焊接熔透模式，包括匙孔未穿透型熔透模式、匙孔临界穿透型熔透模式和匙孔稳定穿透型熔透模式。采用激光测振仪对熔池表面的波动幅度进行了定量测量，并讨论了不同熔透模式下焊接过程的动态稳定性。基于熔透模式的划分，分析了匙孔动态行为与焊接接头组织和力学性能之间的关系。结果表明，在匙孔临界穿透型熔透模式下焊缝组织晶粒大小不均且接头塑、韧性较差。比较三种焊接熔透模式，发现匙孔稳定穿透型熔透模式有助于获得致密、均匀且杂质少的焊缝组织，焊接接头具备最高的断后伸长率（22.8%）和最大的冲击吸收功（14.36 J）。

采用Gleeble-1500 热模拟试验机对6063铝合金进行热塑性实验, 确定了合金的脆性温度区间, 并用 SEM、EDS 等测试手段分析热裂纹的产生原因。研究结果表明, 综合Rm-T曲线和Z-T曲线可得到6063铝合金母材的脆性温度区间为460～620 ℃, 表明其具有较高的焊接热裂纹倾向。热输入量增大会使材料热塑性表现为先减小再增大的变化趋势, 热输入3.0 kJ/cm时试样的热塑性达到最低。热输入2.5 kJ/cm下, 在焊缝中没有观察到热裂纹; 热输入增大至3.5 kJ/cm, 试样的焊接热塑性明显增加, 呈现出朝焊缝中心发生纵向开裂的现象; 热输入3.0 kJ/cm下, 裂纹依然表现为从焊缝中心往纵向延伸开裂, 同时在母材的部分区域中形成许多断续分布的微坑。

焊接参数在一定程度上决定着焊缝的形貌及力学性能。采用激光-电弧复合焊接方法对高氮钢进行了焊接, 研究了不同焊接参数对焊缝形貌及力学性能的影响。研究结果表明：焊缝熔深随激光功率和焊接电流的增加而增大, 随焊接速度的增大而减小; 焊缝熔宽随激光功率的增大先减小后增大, 随焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反, 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 焊缝熔宽达到最大, 其值为11.8 mm。同时对不同参数下的焊接接头进行拉伸和冲击试验, 结果发现：焊缝拉伸强度随激光功率和焊接速度的增大先增大后减小, 随焊接电流的增大而减小; 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 平均拉伸强度最大, 为875 MPa; 焊缝冲击功随激光功率和焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反; 当焊接电流I＝270 A时, 焊缝平均冲击功最大, 为49 J; 通过扫描电镜对其拉伸、冲击断口进行观察, 发现其断裂形式以韧性断裂为主。

在不同气压的高纯N2、Ar及N2/Ar混合气体保护条件下, 采用光纤激光器对厚度为2 mm的奥氏体304薄板进行了焊接试验, 研究了保护气体压强、气体类型和混合比例对焊接接头形貌及力学性能的影响。结果表明, 保护气体压强越大, 焊缝熔深就越大, 但气体压强对焊缝强度和硬度无明显影响。使用N2/Ar混合气体作为保护气体时, N2在保护气体中所占比例越大, 焊缝的熔深就越大, 而且使用不同比例的保护气体得到的焊缝均呈“丁”字形; 保护气体类型及比例对焊缝强度和硬度没有显著影响, 但焊缝的强度和硬度均大于母材。

以150 mm×30 mm×8 mm的高强钢板为试验材料,采用YAG激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法,研究了各参数(主要包括激光功率P、光丝间距DLA、电流I、电压U等)对焊接熔深、熔滴的过渡特征和焊缝的截面形貌的影响。结果表明:在改变焊接熔深时, 激光功率起到主导的作用, 同时激光与电弧间存在最佳的能量匹配值, 当激光功率约为电弧功率的2/3时, 焊接熔深的增加最为显著; 激光功率P与光丝间距DLA对熔滴过渡的受力有很大的影响, 从而决定了熔滴的尺寸大小与过渡频率, 而电弧能量对熔滴的过渡模式起主导作用; 在焊缝截面形貌中, 激光功率P主要影响熔深及熔深面积, 电弧能量主要影响焊缝宽度及余高面积, 且各参数的改变, 余高的变化量均很小, 而热影响区(HAZ)宽度及面积与总的热输入量成正比, 热输入量越大热影响区(HAZ)越大。

真空激光焊接具有更大的熔深和更小的气孔敏感性，为了利用真空激光焊接的优点，同时消除真空室尺寸对工件大小的限制，设计了局部负压激光焊接方法。此方法将负压腔与激光焊接头固定，通过真空泵对负压腔快速抽气从而在焊接熔池上方形成负压环境，在此环境下进行了一系列的激光点焊试验和连续焊试验，并与相同焊接参数下的常压和常压带侧吹条件的焊缝进行对比。通过高速摄影分析了负压环境下的金属蒸汽羽烟特点和熔池行为。结果表明，点焊时负压环境下金属蒸汽羽烟抑制效果明显，焊缝熔深增加，除去凹坑深度的焊缝熔深相比常压侧吹最大可增加4.5 mm。连续焊时熔池后方匙孔闭合，金属液向后堆叠，获得的焊缝成型良好，负压下焊缝熔深比常压侧吹条件下平均增加2 mm。

激光焊接过程产生的焊斑熔深直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂，影响因素众多，许多参数难以量化。以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。通过声波频谱减法对采样的声频信号进行降噪处理，并分析了声频信号的时域和频域特征，找到了声频信号和焊斑熔深的关系。采用径向基函数神经网络对钛合金薄板焊接过程的焊斑熔深进行预测。神经网络以声压强偏差、频带功率、激光功率和焊接速度作为输入。实验证明，在不同激光功率下该方法可准确预测焊斑熔深。

在激光电弧复合焊接中，热源空间位置关系，如热源间距、激光离焦量、焊炬倾角 等对激光、电弧之间的协同效应具有至关重要的作用，但是目前对此缺乏系统的专题研究。为此，采用5 kW CO2快轴流激光器和MAG(metal active gas)焊机对7 mm Q235钢板进行了激光电弧复合焊接工艺研究，集中探讨了空间位置参数对焊缝成形的影响规律。结果表明，热源空间位置参数对复合焊接焊缝成形具有显著影响，只有在合理的参数组合下才能够获得理想的焊缝质量。其中，热源间距对熔深的影响最大，不同间距处的熔深增幅高达55％，焊丝干伸长和离焦量对焊接熔深也具有较强的影响。焊接熔宽则对焊炬倾角和焊丝干伸长的变化更为敏感。上述参数主要通过改变激光电弧等离子体相互作用、热源能量叠加状态和熔池受力状况来决定焊缝成形。

在一定工艺条件下，焊缝熔合面积随线能量的增加线性增长，而在激光功率与焊接速度二者之中，激光功率对熔深有更为显著的影响，焊接速度则对熔宽影响较大。400nm～600nm波段的等离子体光信号可以较好地反映非穿透激光深熔焊熔深的变化，其均方根值与熔深成严格的二次曲线关系，另外还分析了等离子体光信号与焊缝熔深之间内在联系。研究结果为非穿透激光深熔焊熔深的实时监测或预测提供了理论与实验依据。