针对ER316L不锈钢激光填丝焊过程中因送丝不稳定导致的焊缝质量问题, 提出了基于光致等离子体发射光谱诊断的在线监测方法, 构建了焊缝质量预测模型, 对实现焊接过程自适应控制和激光焊接智能化有重要意义。 为深入研究激光焊中激光与焊材的相互作用机制, 进行了激光自熔焊、 激光填丝焊试验, 同步采集了光致等离子体的光谱信息, 并与TIG焊工艺下的电弧光谱进行了对比分析。 结果表明激光自熔焊时光谱由连续谱和强度较弱的Fe Ⅰ 636.44 nm、 Cr Ⅰ 427.48 nm线谱组成; 激光填丝焊时辐射光强显著增加, 并产生大量Cr Ⅰ谱线; 电弧光谱包含大量的Ar Ⅰ、 Ar Ⅱ谱线及少量的Fe Ⅰ谱线。 根据Boltzmann作图法和Stark展宽法, 求得激光填丝焊时光致等离子体电子温度为5 024.9 K, 电子密度为2.375×1016 cm-3, 满足局部热力学平衡状态。 在此基础上, 深入探究了激光焊接质量与光谱特征参量的内在联系。 结果表明, 谱线强度和电子温度与焊缝质量有很强的相关性。 当成形良好时, Cr Ⅰ谱线强度数值较高, Fe Ⅰ谱线强度较低, 电子温度在小范围内稳态波动; 当产生偏丝缺陷时, Cr Ⅰ谱线强度较低, 而Fe Ⅰ谱线强度较高, 电子温度急剧变化。 以平滑去噪处理后的Cr Ⅰ 529.83 nm谱线强度、 Fe Ⅰ 636.44 nm谱线强度和电子温度为输入, 构建单隐含层神经网络焊缝质量分类模型, 识别成形良好和偏丝缺陷两种状态, 测试10次的平均准确率为88%。 采用t分布随机邻域嵌入算法对光谱数据进行维数约简, 以得到的3维嵌入向量为输入特征, 采用同样的神经网络结构进行焊缝质量模式识别, 平均准确率为97%。 结果表明, 对光谱数据进行降维处理得到的特征包含了线谱和连续谱信息, 比人为选取的特征线谱更能准确表征焊缝质量。

为阐明异种钢激光填丝焊接工艺参数对焊缝成形的影响, 以不等厚板2 mm 45钢和6 mm 316L不锈钢为试验材料, 采用激光填丝焊接方法进行焊接, 研究不同对接间隙下的焊缝成形以及焊接接头的力学性能。结果表明, 随着对接间隙的增加, 余高逐渐减小, 焊缝形貌从钉子形向H形过渡, 随着对接间隙变大, 焊缝形成缺陷。焊缝中心硬度随着对接间隙的增加而减小, 焊接接头硬度最高处位于45钢热影响区。焊接接头的抗拉强度随着对接间隙的增加先增大后减小。在对接间隙为0.6 mm时, 表面形貌良好且抗拉强度最高, 焊接试验断裂位置在2 mm 45钢一侧。

为模拟钢轨缺口、裂纹缺陷修复，在U75V钢轨母材上开设U形坡口进行激光填丝焊接修复，获得的优化修复工艺参数为：激光功率P=5 000 W，焊接速度500 mm/min，送丝速度200 cm/min，离焦量+20 mm，Z轴抬升0.75 mm/道。焊后的焊缝热影响区存在针状马氏体组织，再经过600 ℃保温1 h的高温回火处理后，针状马氏体转变为回火索氏体组织，回火后焊缝抗拉强度及硬度与母材接近，摩擦因数略高于母材，但仍满足实际工况要求。

试验采用激光填丝焊接方法对低合金高强钢进行焊接，利用高速摄像研究了激光功率、送丝速度和离焦量等工艺参数对焊接过程稳定性的影响，并以优化的工艺参数获得了良好的焊接接头。结果表明：减小激光功率或增加送丝速度都能降低气孔率；当离焦量为0 mm时，气孔率最低。焊接稳定性依赖于熔滴过渡模式，当熔滴过渡模式为液桥过渡时，激光填丝焊接稳定性得到改善。激光填丝焊接接头的丝材熔化区为奥氏体和马氏体双相组织，激光作用区为马氏体单相组织，激光区显微硬度高于丝材熔化区。

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。

采用窄间隙摆动激光填丝焊实现了环形工件焊缝成形，被焊工件为22 mm厚Q355B钢管与35钢环形铸件，采用1道自熔打底焊和6道填丝焊完成焊接，然后通过拉伸、弯曲、冲击性能及显微硬度评定了接头的力学性能。结果表明：35钢/Q355B钢焊接接头表面成形良好，表面无咬边、焊瘤，侧壁、层间无气孔及未熔合现象；35钢侧热影响区由残余奥氏体、铁素体、少量马氏体和魏氏体组成，Q355B钢侧热影响区由板条马氏体、少量粒状贝氏体和铁素体组成，焊缝区主要由珠光体、粒状贝氏体、针状铁素体和回火马氏体组成；拉伸试样均断裂在母材处，冲击性能符合相关标准，试样弯曲后表面未产生明显裂纹，说明焊接接头的力学性能良好；通过改变焊接参数可以降低热影响区的硬度。

水下原貌修复是核电厂乏燃料水池和内置换料水箱修复的优选方案之一。采用第三代核电站乏燃料水池用S32101双相不锈钢母材以及ER2209不锈钢焊丝, 进行了V形坡口激光填丝焊接修复工艺的试验探索, 并对焊缝性能进行了综合检测, 主要结论包括：激光填丝焊接+激光再热的复合焊接工艺可以获得外观良好的焊缝成形, 焊缝组织主要由铁素体及奥氏体构成; 参照核电建造标准, 焊缝的室温拉伸、高温拉伸、低温冲击、铁素体含量和耐晶间腐蚀性能均满足要求。研究结论为核电厂乏燃料水池和内置换料水箱的水下焊接工艺研究奠定了良好基础。

为研究淬火对AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊接头组织性能的影响，在AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊基础上，进行水淬热处理试验。通过分析焊接接头的微观组织、维氏硬度和元素组成，获得水淬热处理对焊接接头的影响规律。结果表明：随着淬火温度的升高，焊接接头组织中Al元素聚集含量增加，焊缝硬度降低；930 ℃时，薄板与焊缝、焊缝与厚板之间的硬度阶梯值相等，焊缝抗拉强度为908 MPa，伸长率为7.5%，提高了不等厚钢激光填丝焊接接头的力学性能。

采用光纤激光焦点旋转的焊接方法进行2 mm厚2060铝锂合金薄板填丝(ER4047)焊接试验。利用高速摄像仪观察焊丝熔滴过渡行为及熔池流动行为,采用光学显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度仪及拉伸试验机对焊缝成形质量、气孔形貌、显微组织、化学成分、断口形貌、硬度及接头强度进行分析。结果表明:旋转的激光焦点周期性地作用在熔池及焊丝末端,致使熔池长度增加,熔池流动更平稳且波动幅度减小;焦点旋转可以有效改善焊缝成形,抑制飞溅和气孔的产生;焊缝等轴细晶区的宽度及该区的晶粒尺寸减小,靠近细晶区的柱状晶尺寸也有所减小。与非激光焦点旋转焊接接头相比,激光焦点旋转焊接接头熔合线附近的显微硬度和强度略有升高,接头断裂在熔合线附近,断口呈混合断裂特征。