研究激光粉末床熔融工艺参数与熔道形貌、气孔缺陷的关联是优化工艺参数、提升成形效率的基础。使用不同激光功率成形TC4钛合金单条熔道，并建立基于流体体积法的气‐液两相流三维细观熔池模型，对激光粉末床熔融增材制造过程中熔池内的传热、熔化、气‐液两相流动等物理行为进行仿真分析。实验研究结果表明，随着激光功率由100 W增加至400 W，熔道深度大幅度增加，而熔道宽度只在较小功率（100~150 W）下随激光功率的增加而明显增大，此后（150~400 W）不再随功率变化而明显变化。同时，在大激光功率下（400 W）下，部分熔道底部可以发现不规则的气孔缺陷。熔池形貌的预测结果与实验结果的对比验证了仿真模型的有效性。仿真结果表明，随着激光功率增加，熔池底部在反冲力作用下形成匙孔，激光直接照射在熔池底部并使能量向下传递，表现为熔道深度明显增加，熔道宽度变化不明显。在高激光功率下，较深匙孔的底部呈“J”字形，其尾部不能直接受到激光作用，能量不足，易坍塌形成气泡，随后气泡滞留凝固形成气孔缺陷。

采用激光熔化沉积（LMD）工艺对激光选区熔化（SLM）成型的AlSi10Mg合金进行连接，对连接区进行X射线检测，检测结果显示连接区存在密集气孔。分析气孔形态、分布位置及其对试样力学性能的影响，并探寻消除该缺陷的方法。结果表明：密集气孔主要分布在基材与连接区交界的熔合线处，孔径为0~20 μm，气孔在X射线底片上形成了水印现象；密集气孔在熔合线处的聚集导致该位置处的硬度远低于连接区和基材，从而影响了该处的力学性能；预热能够有效减轻该缺陷，使密集气孔均匀分散到整个连接区中，消除水印现象；预热试样的力学性能相比未预热试样显著提高，熔合线处的显微硬度为90.8 HV，抗拉强度为287 MPa（达到了基材的76.5%），较未预热试样分别提高了45%和19%；预热前后拉伸试样均为脆性断裂，预热提高了试样的延展性，延伸率达到5.0%。

铝合金具有密度低、比强度高、耐蚀性强和成型性好等优点, 已经成为高速列车车体轻量化制造的主要材料。激光-MIG复合焊接热输入低、焊接速度快、工艺稳定性高, 是高速列车铝合金车体低变形、高效率、高质量焊接的理想技术。针对高速列车用6 mm厚6082-T6铝合金开展激光-MIG复合焊接工艺特性研究, 系统研究复合焊接工艺参数对焊缝成形及内部气孔缺陷的影响规律, 分析接头的组织特征、硬度分布及力学性能。研究结果表明: 在获得全熔透接头条件下, 激光功率在较大的变化范围内均可获得无气孔缺陷的焊缝; MIG电流显著影响气孔缺陷的分布位置, 当MIG电流大于150 A时气孔缺陷主要分布在焊缝的熔合线附近; 气孔缺陷的含量及尺寸随着焊接速度的增加而显著增加; 热源间距为3 mm左右、保护气流量小于25 L·min-1时均有利于降低气孔缺陷含量。焊缝组织由等轴晶区、柱状晶区、半熔化区和过时效区组成, 电弧作用区的半熔化区和过时效区宽度均大于激光作用区。接头热影响区存在两处明显的软化区域, 分别位于熔合线附近和远离熔合线2~4 mm的区域。接头的平均抗拉强度为255.1 MPa, 达母材的82.3%, 试件断裂于热影响区, 断裂扩展路径基本与熔合线一致, 整体呈现韧性断裂特征。

在铝合金激光-熔化极惰性气体(MIG)复合焊过程中,摆动激光的引入会增强熔滴过渡的稳定性,有效抑制焊接过程中的飞溅,改善焊缝下部激光作用区的成形,使得试板厚度方向上焊缝的尺寸均匀性增强,焊缝的气孔缺陷大大降低。当摆动圆形直径较小(为0.2 mm)时,焊缝气孔率约为2.4%,较常规复合焊(约为7.8%)明显降低。常规激光-电弧复合焊匙孔底部熔池存在明显向下流动的趋势并产生局部涡流,此时在底部聚集的气泡逸出难度较大,因此有较多的气孔残留在焊缝中。当采用较小摆动幅度的激光时,匙孔开口尺寸增大,稳定性增强,并且在匙孔中部有较强的向下的熔池流动,使得熔池底部的气泡快速逸出熔池。

通过端接接头的激光-MAG复合焊接实验,研究了焊接方式、光丝间距、能量输入等对熔滴过渡行为及气孔缺陷特征的影响规律。研究结果表明:激光-MAG复合焊接比单激光焊更适用于端接接头的焊接,可以改善焊缝的成形,抑制气孔缺陷;激光引导方式优于电弧引导方式,得到的焊缝内的气孔缺陷较少;适当增加光丝间距有利于焊接过程的稳定性;电弧能量输入主要影响焊缝形态,而激光能量增加则会阻碍熔滴过渡,并使焊缝底部产生气孔缺陷。

气孔缺陷是铝合金T型接头双侧激光焊接面临的主要问题, 基于其工艺特点, 文中系统研究了表面处理状态、光束入射角度、焊接速度、热输入和光束间距对气孔缺陷的影响规律。研究结果表明: 铝合金表面保留一定厚度的纯铝包覆层才能最大程度地降低气孔缺陷; 采用较大的光束入射角度和较高的焊接速度可以有效降低气孔缺陷, 主要原因是小孔上方金属流动趋势由对流变为流向小孔内部更有利于气泡的逃逸; 降低焊接热输入和增加光束间距均不利于降低气孔缺陷, 造成小孔形状和贯通性改变并引起熔池流动行为的改变是其本质原因, 保证双侧小孔对称和贯通才能利于气泡逸出并降低气孔缺陷。

采用光纤激光器对奥氏体不锈钢锁底型焊缝结构进行焊接, 分析焊接工艺对焊缝成形和气孔缺陷的影响, 优化工艺参数, 考察接头静态拉伸性能。结果表明: 随着焊接速度的增大, 焊缝形貌的熔深、熔宽出现下降趋势; 相反随着激光频率的增加, 焊缝形貌的熔深、熔宽增大。焊接速度相对于激光频率对气孔率影响更加显著。在激光功率P＝3.5 kW, 速度V＝2.5 m/min, 激光频率f＝35 Hz, 可获得成形良好、无缺陷的焊缝, 焊缝气孔率为2%, 平均抗拉强度为母材强度的94.7%。焊缝形貌为T字形柱状树枝晶组织。

针对薄壁金刚石钻头的激光焊接应用，采用德国LSM240全自动激光焊接系统进行单面焊接试验，建立了粉末冶金材料激光焊接工艺优化的误差反向传播人工神经网络模型，应用该模型研究了激光焊接工艺参数对气孔率和焊缝强度等焊接质量因素的影响，并对薄壁金刚石钻头激光焊接进行了工艺参数优化处理，获得了无气孔缺陷的优质焊接接头。结果表明，气孔率同激光功率、焊接速度之间具有幂函数关系；焊缝强度同激光功率、焊接速度之间具有高斯函数关系。

焊接气孔是粉末冶金材料激光焊接的主要缺陷.简要分析了粉末冶金材料激光焊接中气孔的产生机理,着重研究了焊接速度与活性气体对气孔形成的影响关系.结果表明,在一定的激光功率下,提高焊接速度可减少金属蒸气的形成,从而降低气孔数;通过混合N2,O2作活性气体可改善熔化金属流动,防止气孔产生.