通过对10 mm厚Q345钢进行高功率激光-电弧复合焊接实验，对比研究了7.5 kW激光对不同模式电弧焊接熔滴过渡与焊缝成形的影响。结果表明：高功率激光的加入对标准熔化极活性气体保护电弧焊（MAG）、冷金属过渡弧焊（CMT）和脉冲电弧焊接过程中的熔滴过渡有显著影响。在标准MAG焊接过程中，激光会吸引和压缩电弧，导致电弧长度显著缩短，同时匙孔喷出的金属蒸气与等离子体会降低熔滴过渡频率；在CMT焊接过程中，激光会延长单次短路过渡周期，同时引起的熔池振荡会降低短路过渡的稳定性；在脉冲电弧焊接时，激光的加入提高了熔滴过渡频率，同时匙孔处的气流对熔滴过渡起阻碍作用，使熔滴向熔池侧面过渡，造成飞溅的产生。与单一电弧焊接相比，激光-标准MAG与激光-脉冲电弧复合焊接中的焊缝熔宽增加，而激光-CMT焊接中的焊缝熔宽的变化不明显；受熔滴直径和过渡频率的影响，激光-标准MAG与激光-CMT焊接中的焊缝余高减小，而激光-脉冲电弧焊接中的焊缝余高略有增加。三种电弧模式下激光与电弧相互作用的熔化能增量值（ψ）不同，其中，激光-脉冲电弧复合焊接的ψ值最高（36%），其次为激光-标准MAG复合焊接（19%），激光-CMT复合焊接的ψ值最小（-12%）。

主动热防护构件作为航空航天领域的重要结构，光纤激光焊接是该类结构的优选制造工艺。苛刻的服役环境对焊缝成形、表面保护及气孔缺陷提出了很高的综合要求。基于侧吹保护的光纤激光非穿透深熔焊接工艺试验，采用超景深显微镜、数字RT检测及灰度处理等设备及方法，系统分析光气间距、气体输送角度、保护气输出长度及气体流量等参数对焊缝成形、焊缝保护效果及气孔的影响规律。结果表明，保护气流量及光气间距对焊缝形貌及气孔率影响较大，正值光气间距参数下焊缝气孔率较低，气孔率同保护气流量正相关。基于优化的气体保护参数，优化了喷嘴结构，实现了主动热防护凹槽三维构件的激光焊接制造，并通过台架测试。

为实现复杂工况下焊接机器人精准识别焊缝目标, 将激光视觉传感技术应用于机器人焊缝识别中。以激光视觉传感器作为核心硬件, 构建焊接图像采集系统, 运用PCI总线卡检测传感器及外部指示灯是否为连接状态, 通过PXR800图像采集卡在规定时间内得到激光焊接图像, 使用串口通信程序完成图像高效传输。分别采用双边滤波器与模糊算子实施图像去噪与增强处理, 优化图像角点与激光条纹中心点, 利用等式约束方程修正卡尔曼滤波后的图像坐标值, 完成高精度焊缝识别任务。仿真结果证明, 激光视觉传感能够帮助机器人提升焊缝识别精度、增强抗干扰能力, 为焊接机器人的推广应用发挥积极作用。

以14 μm小芯径激光作为热源，通过分析搅拌焊接过程中运动轨迹与能量密度的变化，开展了2 mm厚2A12铝合金激光焊接的工艺研究。结果表明：相同参数下14 μm小芯径激光焊接中的峰值能量密度最高为100 μm芯径激光的15倍以上；在未焊透母材前，随着搅拌频率和焊接速度的变化，接头的深宽比维持在0.68，这得益于14 μm小芯径激光的匙孔生成阈值是常规100 μm芯径激光的19.1倍，是200 μm芯径激光的54.0倍；不同焊接参数下，焊缝未发现明显气孔、裂纹缺陷，最终在焊接速度为20 mm·s^-1、搅拌频率为200 Hz时，获得了表面成形质量最佳的焊缝。

激光焊接B340LA高强钢是汽车轻量化设计制造的重要技术难题。采用Fe30金属粉末作为填料开展了B340LA高强钢激光填粉焊接工艺试验，研究了对接间隙、焊接速度和填粉速度对焊缝质量的影响规律，发现在优化工艺参数条件下，可以得到焊缝形貌平整，焊缝强度高于母材的优质焊缝。结果表明，对接间隙是影响表面余高和塌陷的最重要工艺参量，随着对接间隙的增大，焊缝形貌下凹量增大，当对接间隙为0.15 mm时，焊缝出现塌陷。焊接速度对焊缝表面余高和塌陷影响较小，随着焊接速度的增加，焊缝形貌平整，未出现塌陷现象。填粉速度对抗拉强度的影响较大，随着填粉速度的增加，焊接件的组织大范围细化，抗拉强度增加。当填粉速度<8.27 g/min时，焊接接头断裂在焊缝位置；当填粉速度≥8.27 g/min时，焊接接头断裂在母材，此时焊接接头强度高于母材。该研究成果丰富了激光焊接基础理论，为车用B340LA高强钢激光焊接提供技术支撑。

采用纳秒脉冲激光对铜/铝/铜三层薄片结构进行焊接，分析焊接速度对焊缝成形、微观组织与接头力学性能的影响。结果表明：较低的焊接速度容易引起气孔和裂纹等接头缺陷，较高的焊接速度造成焊缝中的气孔聚集于界面，合适的焊接速度有利于获得良好的熔透深度和较少的缺陷；焊缝中存在CuAl₂、Cu₉Al₄与Cu₄Al₃等铝/铜二元化合物，且焊缝中生成的化合物的种类与焊接速度有关；当焊接速度为21 mm·s^-1时，界面较少的缺陷和钉状焊缝使得接头具有的最大剪切力为95.1 N。接头发生了三种断裂：焊点撕裂、焊缝剪切+熔核拔出复合断裂以及熔核拔出失效，焊点边缘的裂纹及脆性相是焊点撕裂失效的原因，界面处焊缝边缘的铜/铝化合物和气孔缺陷是复合断裂的原因，较浅的熔深和界面化合物导致了熔核拔出失效。

焊缝信息的快速准确获取是实现自动化焊接的首要问题。然而，在实际焊接过程中，电弧、飞溅、强反射光等噪声会严重污染采集的图像，导致焊缝定位偏移，最终导致跟踪失败。为了提高跟踪过程中的焊缝定位精度与图像处理速度，本文提出了一种将激光条纹分割与焊缝特征点定位相结合的轻量级多任务深度学习模型。该模型由编码器和解码器组成，激光条纹分割子任务与焊缝特征点定位子任务共用编码器主干网络，解码器包含激光条纹分割分支和基于可微空间到数值转换（DSNT）的焊缝特征点定位分支，整个模型遵从轻量化设计思想，同时利用多个子任务之间的相关信息，进一步提升各子任务的性能。实验结果表明，所提模型能够有效克服各类焊接噪声，完成焊缝特征的提取，单幅图像的处理时间约为11.45 ms，特征点定位精度可达0.1872 pixel，在自动化焊接方面具有广阔的应用前景。

采用气体辅助排水装置对Inconel 690合金进行水下局部干法激光焊接，研究了热输入和离焦量对焊缝成形、横截面几何特征、对接接头缺陷和力学性能的影响，从而实现工艺参数优化。结果表明：热输入对焊缝的宽度影响较大，熔池的Marangoni流动和金属蒸气的喷发导致顶部区域宽度扩大。焊缝的结晶形态由平面状经过胞状转变为树枝状。随着焊接热输入的减小，焊缝晶粒尺寸减小，力学性能则不断增强。焊缝的宽度随离焦量的增加而改变，离焦量为零时，接头力学性能最佳。水下和陆上焊接获得的接头显微组织均由胞状晶、柱状晶和树枝晶组成。陆上焊接接头枝晶间存在Cr和Ni元素偏析现象。而水下焊接过程中水的快速冷却作用有助于改善接头枝晶间的合金偏析程度，但恶化了合金元素晶内偏析。在最佳焊接工艺参数下，水下焊接接头的抗拉强度和陆上焊接接头相似，冲击韧性亦达到陆上焊接接头的90%，显微硬度则高于陆上焊接接头。

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。

基于激光结构光视觉传感的焊缝跟踪技术将焊缝定位转化为结构光条纹特征点的定位，具有较强的普适性。然而，实时焊缝跟踪中弧光（焊接电弧产生的强烈可见光）、飞溅（溅射焊渣）、烟尘等噪声对结构光图像造成了严重的污染，从而影响了焊缝定位的精度和鲁棒性。滤除结构光图像中的噪声对于提升焊缝定位的精度和鲁棒性具有重要作用。为滤除焊缝结构光图像中的噪声，本文提出了一种基于轻量化DeepLab v3+语义分割网络的焊缝结构光图像分割方法，通过分割出结构光条纹的前景图像来达到噪声滤除的目的。采用浅层Resnet-18网络替代DeepLab v3+的原始深层骨干网络，以提高分割效率；以像素占比的补数为权重设计了加权交叉熵损失函数，以提高结构光条纹分割的像素准确率。实验结果表明：所提方法的平均单张图像推理时间为15.9 ms，结构光条纹的像素准确率为96.47%，结构光条纹的平均交并比为89.04%，可以实现高效、精确、鲁棒的结构光图像分割，从而达到焊缝结构光图像中弧光、飞溅、烟尘等噪声滤除的目的。