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。

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。

采用CO2激光器对1.6 mm厚的B340/590DPD+Z镀锌钢板间添加不同量铜粉进行了激光搭接焊。基于光谱仪采集的焊接等离子体光信号，分析添加铜粉对焊接过程产生的等离子体光信号的影响，以及焊接气孔与等离子体光信号的关系。焊后采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对焊缝截面扫描，检测铜元素的平均含量及气孔内壁主要元素的分布变化。研究结果表明，添加铜粉较未添加铜粉激光搭接焊时，等离子体温度振荡显著降低，平均温度下降约5000 K；气孔内壁存在着铜锌固溶体合金，且焊缝中的气孔缺陷与CuI324.8 nm谱线强度存在着关联。此结果为镀锌钢添加粉末激光焊接监测提供了理论依据，并为等离子体控制技术提供了一种新的方法。

提出了一种试验设计方法来优化 SUS301L奥氏体不锈钢非穿透型激光搭接焊接工艺参数。在保证焊接接头的力学性能的前提下, 通过对焊接过程中工艺参数的优化来减少焊缝背面变形。为了获得最佳的工艺参数, 试验制定了一套与每个焊缝特征相关的焊接参数的数学模型, 并以熔深的最小化和熔宽的最大化, 以及背面变形和剪切强度作为目标进行了优化。研究采用了部分正交试验法来降低试验误差和减少试验样本数。试验所用激光器为 CO2激光器, 试验优化得到的最佳工艺参数为: 激光功率 P越2.2 kW、焊接速度 v越4.5 m/min、激光入射角兹越45毅、离焦量驻f越+2 mm、保护气体 fg越25 L/min(He: Ar=2:3)。

温度场是影响激光焊接焊缝成形质量的关键因素。针对非熔透型激光搭接焊接头焊缝成“钉头”状的特点，通过分析焊接时材料吸收激光能量的分布情况，提出了高斯面热源加线性递增式柱热源的复合体热源模型。模型考虑板间接触热阻的影响，并将计算结果和试验结果进行了对比，发现模拟出的焊缝形状和试验吻合较好；此外基于本模型对焊缝各处的热循环与焊缝组织形貌及显微硬度的关系进行了分析。结果表明，焊缝组织形貌及显微硬度除与加热和冷却速率有关外，峰值温度对其也有重要影响；在热循环基本一致的情况下焊缝的性能相似。该模型较准确地模拟了薄板激光深熔焊接熔池温度场，对研究激光深熔焊接温度场问题和激光工艺参数的优化选择具有参考价值。