焊缝熔宽是评估焊接质量和焊接稳定性的重要指标。针对强噪声环境下的激光-MIG复合焊接过程，本文研究了基于反向传播(BP)神经网络补偿色噪声卡尔曼滤波算法的熔宽检测方法。首先建立激光-MIG复合焊缝熔宽检测系统的状态方程和测量方程，通过视觉传感和色噪声卡尔曼滤波算法对焊缝熔宽进行估计；然后采用高精度激光扫描仪对焊缝的三维轮廓进行扫描，根据二阶差分法获得焊缝轮廓宽度，并将其作为熔宽的真实值；接着将卡尔曼滤波增益、新息值和预测值与卡尔曼滤波最优估计之差作为输入，利用BP神经网络对熔宽的卡尔曼滤波最优估计进行补偿。结果表明：BP神经网络补偿测量色噪声卡尔曼滤波算法能够有效降低焊缝熔宽检测的误差。与单独使用卡尔曼滤波算法相比，BP神经网络补偿卡尔曼滤波算法具有更好的非线性映射能力，可以提高卡尔曼滤波焊缝熔宽检测的准确度。

为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响，采用真空舱和大功率碟片激光器，在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明：正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中，随着离焦量的增加，焊缝表面的成形质量提升，焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散，因此当离焦量达到+4 mm 时，焊缝熔宽达到最大值，随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下，焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同，随着离焦量的增加，晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时，焊缝显微硬度提升1～2倍，在+4 mm和+8 mm的离焦量下，焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时，焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值，分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究，得出结论：使用+4～+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板，可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。

应用二极管激光器对铝膜作为吸收层的聚碳酸酯进行了激光透射焊接实验, 以不同铝膜宽度为主要影响因素, 结合激光功率、焊接速度因素采用单因素实验法与响应曲面法相结合的方式对焊接工艺参数进行了优化, 得到了拟合方程及最佳焊接工艺参数组合, 重点分析了铝膜宽度与焊缝宽度的关系。采用COMSOL软件建立了基于铝膜中间层的有限元模型, 研究了焊接工艺参数作用下的温度场分布, 结果表明模拟焊缝宽度与实验焊缝宽度吻合。

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。

提出了通过视觉传感获取焊接过程中的焊接特征信息并利用神经网络模型预测焊缝背面宽度的方法。利用大功率盘形激光器焊接了低碳钢SS400焊件, 在焊接过程中改变焊接功率、焊接速度和焊接路径, 并利用两台高速摄像机同步获取焊件正面和侧面出现的焊接特征信息。对获取的图像进行色彩空间转换、分层、滤波去噪和空域图像处理, 提取飞溅、熔池和金属蒸气等焊接特征信息, 观察焊接路径对各个特征的影响。最后, 建立了一个三层的LMBP (Levenberg-Marquardt Back Propagation) 神经网络模型, 将提取的特征信息作为输入量, 预测焊缝的背面宽度。结果显示: 当熔透不稳定或出现未熔透状态时, LMBP神经网络拟合度大于0.83, 最大训练误差均值为0.002 8 mm, 最大实际误差均值为0.225 6 mm。试验结果表明所建立的预测模型具有良好的准确性和稳定性。

采用SC7750LW型红外热像仪采集了激光-电弧复合焊接高氮奥氏体不锈钢的熔池表面温度, 通过Matlab数学软件建立了基于红外热像图的三维温度分布转换程序。研究了不同热输入条件下焊缝凝固速度与焊缝凝固模式的关系, 并预测焊缝形成气孔倾向。研究了焊缝温度场与焊缝熔宽之间的相关性, 获得了焊缝熔宽值与红外热图的关系, 其熔宽计算值与实际值比较吻合。

为了解决传统焊接工艺(填丝TIG焊)焊接传动轴总成滑移端壳体-法兰存在的焊缝余高太高, 造成应力集中; 焊缝熔化不均匀、气孔, 造成壳体和法兰在传递扭力时脱落; 整体焊缝外观成型质量差; 焊丝损耗比较大; 焊接效率低等问题。采用激光深熔焊接对传动轴总成滑移端壳体-法兰进行焊接, 并研究激光焊接后焊缝表面形貌、焊缝宽度和热影响区宽度、焊缝熔深、焊缝余高和焊缝显微硬度。结果表明: 激光深熔焊接后, 传动轴总成滑移端壳体-法兰焊缝熔化均匀、无气孔等缺陷; 焊缝表面形貌美观, 热影响区以及焊缝宽度远小于传统工艺焊接时的热影响区及焊缝宽度, 焊缝和热影响区的硬度均高于母材, 热影响区未出现软化, 焊接熔深达到焊接要求, 焊缝余高为0.3 mm, 同时激光焊接效率较高, 满足传动轴总成滑移端壳体-法兰的焊接要求。

用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36分别进行了平板单道焊接试验和对焊试验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。检测了0.85 mm厚的殷钢薄板对焊接头的硬度、成分以及拉伸强度。结果表明:激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区面积的主要因素;扫描速度对焊缝表面的鱼鳞状条纹间距影响尤为明显;离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性;合理匹配工艺参数能够实现0.85 mm厚度薄板的对焊,并且获得形貌良好的焊缝。焊缝的组织成分没有发生明显变化,拉伸强度和基体强度相当,显微硬度略低于基体硬度。