针对MARK III型液化天然气 (LNG)船围护系统中的304L不锈钢波纹板搭接接头进行了圆形扫描激光焊接工艺研究。对于圆形扫描激光焊接的搭接接头，其下板焊缝边缘存在咬边，且在较大扫描幅度和较高扫描频率下咬边现象尤其明显。通过高速摄影发现，焊接过程中圆形扫描轨迹内部存在未熔化区域。激光斑点除自身的扫描运动外还叠加了沿焊接方向的移动，随着扫描路径的重复叠加，在扫描激光焊接熔池的内部，未熔化区域逐渐减小，最终达到稳定状态。当扫描幅度或频率提高时，单位长度母材吸收的激光能量减小，熔池温度降低，当前扫描周期下形成的熔池前沿快速凝固，从而导致未熔化区尺寸无法进一步缩小。当扫描幅度降至1.5 mm或者扫描频率降至50 Hz时，未熔化区域较小甚至完全消失，咬边现象也随之消失。

为了解决殷瓦合金焊接中易出现的焊接缺陷问题, 研究了液化天然气(LNG)船用薄板殷瓦合金搭接焊(上下板厚度均为1.5mm)工艺参量。通过设计制造气体保护盒, 采用数值仿真分析和正交试验的方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了殷瓦合金搭接焊最优工艺参量。结果表明, 气孔缺陷在完全保护气下得到有效抑制, 殷瓦合金搭接焊的最优工艺参量为激光功率3.4kW、焊接速率1.3m/min、离焦量+20mm、激光入射角5°、激光光斑能量分布2∶1;在此最优工艺参量下, 焊缝表面呈银白色, 无气孔等缺陷, 焊缝处硬度小于母材但大于热影响区, 拉伸强度为417.16MPa, 达到母材的94.8%, 且仿真结果与试验结果误差较小, 证明了本文中所建立的仿真模型的可靠性。这一结果对殷瓦合金激光搭接焊工艺参量数据库搭建是有帮助的。

为提高铜/钢转换接头搭接焊的强度与冶金相容性,提出了异种金属微织构激光焊接法。首先利用超快绿激光在钢基体表面制备微织构,以提高焊接时钢侧界面的浸润性与咬合强度,然后利用脉冲绿激光在微织构表面进行铜/钢熔化搭接焊,最后研究了微织构的形貌、接头组织、结合界面及拉伸性能与断裂机制。结果表明:在较高的激光功率与刻蚀次数下,热烧蚀程度加重,易导致凹槽内部质量恶化;表面织构化对接头组织与抗拉强度具有显著影响,表面织构化可以强化对流传质,增强铜向熔池底部(钢侧)的扩散,有利于形成含铜量更高的α-Fe、γ-Fe固溶体,使得熔池底部的显微硬度更高;当凹槽深度为89.91 μm时,织构化接头的抗拉强度最高,为112.5 MPa,相比未织构化接头提高了19.5%;接头的断裂机制为韧性断裂;接头拉伸性能的提高得益于固溶强化、熔合体积的增大以及涡旋咬合作用。

为实现窄搭接焊的在线检测, 运用三维激光线阵相机获得焊后带钢的表面形貌, 通过OpenCV分离图像通道获得焊缝的灰度图和高度图。针对焊缝图像信息量大, 对比度低, 边缘模糊等特点, 通过卷积增强焊缝特征, 结合积分图提出改进的图像分割算法, 能快速准确提取焊缝边缘。结合形态学, 数字图像处理方法, 提出一种层次性的缺陷提取方案, 在保证运算时间短的同时有较高的准确性。针对焊缝缺陷特征分类缺陷, 并在图像中对每种缺陷进行标识。结果表明, 该方法能有效用于企业实际生产中。

为了解决镀锌钢板在激光焊接过程中由锌蒸气引发的焊接缺陷问题, 在小孔上方施加平吹辅助气流, 以维持小孔持续稳定张开并形成稳定的锌蒸气逸出通道; 研究了平吹气流量对镀锌钢板零间隙激光搭接焊缝成形质量及力学性能的影响, 通过焊接过程的实时监测和数值模拟分析了平吹气流对锌蒸气有效逸出的作用机理。结果表明, 对厚度为1 mm的DP590镀锌钢板进行零间隙激光搭接焊时, 平吹辅助气流能有效促进锌蒸气的逸出, 从而获得表面质量和力学性能较好的搭接接头。

基于不锈钢薄板非熔透CO2激光搭接焊和光纤激光搭接焊获得的实际焊缝形状，采用表面高斯+柱状体复合热源模型，得到热源比例系数分别为0.85和0.70。对其余4个热源描述参数，包括高斯热源半径和深度、柱状热源半径和深度进行正确设置，就可以获得不同焊接功率和焊接速度下，搭接焊缝形状表征参量(表面缝宽、中间熔宽和熔深)的变化规律。模拟结果与试验结果符合很好。

采用单道搅拌摩擦搭接焊，实现了铜合金与不锈钢异种金属的焊接，在连铸结晶器用的Cu-Cr合金表面制备了304 不锈钢过渡层。通过激光熔覆技术，在不锈钢过渡层表面制备了含有WC 颗粒的镍基合金熔覆层。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射仪(XRD)和显微硬度计，对镍基合金熔覆层和过渡层的显微组织、物相构成和硬度进行了分析。结果表明，不锈钢过渡层与铜基体形成了可靠的连接，在焊合区中下部形成了均匀的钢-铜层状结构；在层状结构中形成了金属间化合物NiCu₄，其硬度达337.26 HV；同时，镍基熔覆层组织致密，其强化相由γ-Ni、Ni₃Fe、WC、W₂C、和Cr₂₃C₆组成。显微硬度明显提高，平均显微硬度为485.0 HV，是铜合金基体的5.7倍。

针对304 不锈钢薄板进行连续激光搭接焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及焊缝性能的影响规律。结果表明：随着激光功率增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所增加；随着焊接速度的增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所降低；而在保证焊缝成形的前提下，离焦量的变化对焊缝成形质量影响较小；叠层间隙在0.6 mm 以内时，均可实现单面焊双面成形；激光焊接焊缝中心区组织为细小的等轴晶，焊缝区和母材交界处为细小的柱状晶组织，热影响区不明显。

研究镀锌钢板搭接激光焊接技术对汽车工业激光焊接具有重要意义。研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板焊缝成形和接头机械性能的影响，分析了预留间隙法解决镀锌钢板搭接激光焊中高压锌蒸气对焊缝的不良影响的机理，通过实验研究了激光功率和搭接间隙的工艺参数范围。研究结果表明，对于1.35 mm板厚的HC260LAD+Z 100 MB镀锌钢板搭接激光焊，间隙大于0.1 mm时，可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷；间隙约为0.15 mm时，焊缝熔深达到最大值；4 kW激光功率对间隙的容忍度较大，对于0.05～0.2 mm板间间隙都可以得到良好的焊缝。