为了优化DP800车用高强钢复合焊接的焊缝成形和工艺参数，基于响应面法建立了激光-电弧复合焊接主要工艺参数与焊缝特征参数之间的数学模型，并进行了方差分析。以特定熔深和最小化熔宽为目标，对激光功率、焊接电流、焊接速度进行了优化，得到最优工艺参数，并进行了试验验证。研究结果表明：激光功率和焊接电流与焊缝熔深呈正相关，焊接速度与焊缝熔深呈负相关；随着焊接电流的增加或焊接速度的降低，焊缝熔宽逐渐增大，激光功率几乎不对熔宽产生影响。在最优工艺参数下通过试验验证了模型的准确性，熔深和熔宽的误差率均在5%以内。

高氮钢焊缝中氮含量是影响其力学性能的重要因素。为解决高氮钢焊接时氮含量下降导致焊缝力学性能恶化的问题，以12 mm厚高氮钢板为对象开展激光-电弧复合焊接试验，通过改变焊接填充材料研究了氮含量对焊缝组织和力学性能的影响。结果表明：使用含氮焊丝可以有效补充焊缝中的氮损失，含氮焊丝的焊缝氮含量较高，在焊缝激光区，采用两种焊丝获得的焊缝氮含量均随着激光功率增加而增大。两种焊丝获得的焊缝组织均为奥氏体+少量铁素体。采用不锈钢焊丝获得的焊缝抗拉强度随激光功率增加而增大，采用含氮焊丝获得的焊缝抗拉强度随着激光功率增加呈先增大后减小的趋势，最大抗拉强度达953 MPa，焊缝断口均呈典型的韧性断裂特征。采用两种焊丝获得的焊缝冲击性能差异较大，冲击断口均具有明显韧性断裂特征。

研究了在坡口中进行复合焊时激光和电弧的耦合行为，结果表明：当光丝间距为2 mm时，激光和电弧能够持续耦合，但熔池表面波动剧烈，焊接飞溅较大，表面成形较差；当光丝间距为4 mm时，激光和电弧等离子体出现周期性耦合，熔池表面波动较小，焊缝表面成形较好。出现周期性耦合主要是因为焊丝熔化后先填充坡口，造成电弧下方液体堆积，激光作用区域和电弧作用区域的高度不在同一水平面上，使得实际光丝间距大于4 mm，激光和电弧不耦合；当堆积液体达到一定高度后，在重力和表面张力作用下液体向激光作用区域流淌，液面趋于水平，实际光丝间距接近4 mm，激光和电弧等离子体连接在一起，再次发生耦合。当光丝间距大于6 mm时，激光和电弧不发生耦合。

采用10 kW光纤激光器对厚度10 mm的AH36船用钢进行了激光电弧复合焊试验研究, 并与同材料的MAG焊进行对比, 分别从焊缝成型、焊缝截面形貌、焊接接头力学性能、样件焊接变形、效率以及成本等多方面进行分析。试验结果表明：选择适当的送丝速度, MAG焊及激光电弧复合焊可分别得到具有良好焊缝成型及截面形貌的焊缝, 焊缝强度均大于母材强度。对于同等板厚同等长度的焊缝, 激光电弧复合焊的变形量仅为MAG焊的50%左右。复合焊的焊接效率优势更明显, 可达到MAG焊效率的5倍。复合焊的焊材成本仅为MAG焊的21%, 气体成本约为MAG焊的42%, 设备成本在同等效率下的差距较小。从长远的使用前景来看, 激光电弧复合焊的优势远远大于MAG焊。

氢脆具有很强的微观组织敏感性，威胁着各类高强结构材料的安全服役。采用激光-电弧复合焊工艺对BS960E型高强钢进行焊接，并对接头在原位电化学充氢的条件下进行慢应变速率（10^-5 s^-1）拉伸试验，结合微观组织和断裂特征进行分析并对接头的氢脆行为进行研究。结果表明，焊接热循环所形成的富马氏体中的细晶区可以使接头表现出一定的氢脆敏感性，马氏体较大的氢扩散系数和较低的氢溶解度以及氢在晶界上的快速扩散是引起接头对氢脆敏感的主要原因，通过控制焊接工艺参数可抑制焊接热循环所引起的马氏体转变量，能够降低BS960E型高强钢激光-电弧复合焊接头的氢脆敏感性。

利用GAMBIT软件建立了光纤连续激光和内径为2 mm空心Tungsten Inert Gas(TIG)电弧在稳态条件下的激光同轴复合电弧数学模型,对其进行分区域网格划分,最小网格长度为0.1 mm;用FLUENT软件中的用户自定义函数(UDF)功能添加了激光热源、动量方程源项、能量方程源项和材料物理性能设置,计算得到了150 W功率激光和118 A电流下同轴复合电弧的温度场、速度场及电弧空间压力、电场和磁场分布,并与相同条件下的空心单TIG电弧作了对比。结果表明:激光同轴复合电弧温度场变化明显,最高温度和高温区面积显著增加,电弧能量密度显著提高,熔透能力大大增强;由于激光同轴复合电弧温度升高和钨极腔内压力增大,电弧中上部等离子体流动速度明显加快;激光同轴复合电弧的电弧压力降低,电磁场强度减小,电弧静压力减小。最后用实验验证了模拟结果的可靠性。

针对1000 MPa级调质超高强钢的焊接接头性能恶化等问题,选用等强匹配焊丝MG90-G和低强匹配焊丝ER80YM,对BS960E调质超高强钢实施激光-MAG电弧复合焊接接头拉伸、低温冲击韧性测试,并结合扫描等手段进行断口分析。结果表明,当焊接速度为1.32 m/min和0.72 m/min时,拉伸均断裂于母材,当焊接速度为0.72 m/min时MG90-G焊丝和ER80YM焊丝焊接接头的拉伸强度分别为1129 MPa和1145 MPa,延伸率分别为11.2%和12.5%。两种焊丝焊接接头的焊缝冲击断口均出现韧性断裂特征,而热影响区冲击断口主要表现为脆性断裂,0.72 m/min焊速条件下的焊缝冲击性能优于1.32 m/min焊速条件。随着焊接速度的降低,MG90-G焊丝焊接接头的热影响区脆性增加,但由于线能量相差不大,冲击性能的恶化不太明显。而ER80YM焊丝焊接接头的热影响区冲击韧性随着焊接速度的降低而增强。

本文采用高速摄影技术和宏观金相对船用E36高强钢激光复合焊接熔滴过渡、焊缝成形及其机制进行研究。结果表明: 与激光引导电弧复合焊接相比, 电弧引导激光复合焊焊缝熔宽降低, 余高增加, 其熔滴过渡速率低于激光前引导模式。增加激光功率能消除焊缝背面焊瘤, 弧长修正系数过大会降低熔滴进入熔池过程的稳定性, 使焊缝成形质量降低。随着光丝间距的增加, 熔池长度增加, 激光金属蒸气对熔滴的作用力和熔滴下部的电磁力降低, 减少了熔滴过渡的阻力。电弧前引导时, 焊缝熔池金属铺展性较差, 熔宽和余高逐渐降低; 激光前引导时, 背面熔宽增加, 当光丝间距为8 mm时, 两热源熔池近似分离, 焊缝出现明显凹陷。

采用激光焊与激光-MIG复合焊两种打底焊方式和激光-MIG复合焊与MIG(熔化极惰性气体)保护焊两种填充焊方式进行两两组合,完成了15 mm厚316L奥氏体不锈钢的焊接。对各试验组焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究,结果表明,采用全激光-MIG复合焊得到的焊接接头成形最优。激光-MIG复合焊焊层中心部位存在胞状晶组织,而MIG焊焊层几乎全为柱状晶结构。复合焊填充层的拉伸强度高于MIG焊填充层,而激光打底层与复合打底层强度相当,所有断裂均为韧性断裂。两种打底焊层焊缝中心显微硬度均高于母材,复合填充焊层焊缝中心显微硬度略高于母材,MIG焊填充焊层则低于母材。

采用高速摄影技术、宏观金相和焊接电信号采集对激光脉冲电弧复合焊焊缝成形形貌、熔滴过渡和焊接飞溅进行了研究。结果表明:采用激光脉冲电弧复合焊能改善焊缝成形,同时明显改变了焊接电流、电弧电压以及熔滴过渡模式。激光非脉冲电弧复合焊的熔滴和熔池以及熔滴和焊丝之间形成的液桥在过大电磁收缩力的作用下发生爆炸,此外,熔池表面的熔滴在电弧力和内部气体膨胀的作用下发生爆炸,从而产生飞溅。而采用激光脉冲电弧复合焊接工艺能明显降低焊接飞溅,这主要是因为脉冲电弧降低了短路过渡时的电流以及熔池的震荡。