焊缝熔宽是评估焊接质量和焊接稳定性的重要指标。针对强噪声环境下的激光-MIG复合焊接过程，本文研究了基于反向传播(BP)神经网络补偿色噪声卡尔曼滤波算法的熔宽检测方法。首先建立激光-MIG复合焊缝熔宽检测系统的状态方程和测量方程，通过视觉传感和色噪声卡尔曼滤波算法对焊缝熔宽进行估计；然后采用高精度激光扫描仪对焊缝的三维轮廓进行扫描，根据二阶差分法获得焊缝轮廓宽度，并将其作为熔宽的真实值；接着将卡尔曼滤波增益、新息值和预测值与卡尔曼滤波最优估计之差作为输入，利用BP神经网络对熔宽的卡尔曼滤波最优估计进行补偿。结果表明：BP神经网络补偿测量色噪声卡尔曼滤波算法能够有效降低焊缝熔宽检测的误差。与单独使用卡尔曼滤波算法相比，BP神经网络补偿卡尔曼滤波算法具有更好的非线性映射能力，可以提高卡尔曼滤波焊缝熔宽检测的准确度。

为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响，采用真空舱和大功率碟片激光器，在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明：正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中，随着离焦量的增加，焊缝表面的成形质量提升，焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散，因此当离焦量达到+4 mm 时，焊缝熔宽达到最大值，随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下，焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同，随着离焦量的增加，晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时，焊缝显微硬度提升1～2倍，在+4 mm和+8 mm的离焦量下，焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时，焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值，分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究，得出结论：使用+4～+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板，可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。

采用MOPA纳秒脉冲激光器对316不锈钢进行焊接, 探索脉宽、频率及焊接速度对焊缝成型的影响, 并对纳秒脉冲激光焊接的模式及机理进行了分析。研究表明, 采用纳秒脉冲激光在高频下焊接316不锈钢可以得到表面光滑、无气孔缺陷的焊缝, 频率是影响焊接的最大因素；当脉宽为30~120 ns时, 熔深随频率增加而增大, 在中心频率处获得最大值, 随后逐渐减小；当脉宽为200~500 ns时, 脉宽随频率(＞100 kHz)增大而减小；由焊缝截面形貌分析可知, 随频率变化存在两种焊接机制, 即热导焊和深熔焊；针对不锈钢薄板材料, 在长脉宽、高频率下以热导模式进行焊接, 可获得良好成形。

本文研究了激光焊接参数电流、电压对焊缝成形以及等离子体的电子温度的影响, 建立了焊接参数电流、电压与焊缝熔深和熔宽的关系, 探究了激光焊接等离子体的电子温度与焊接质量及焊接过程稳定性的关系。研究结果表明, 等离子体的电子温度随着焊接电压和焊接电流的增大而增大, 焊接电流与等离子体的电子温度间呈一定的二次函数关系, 焊接电压与等离体子的电子温度基本呈线性关系; 焊接电流与成形的焊缝的熔深和熔宽有一定的线性关系, 熔深和熔宽均随着焊接电流的增大而增加; 焊接过程中等离子体电子温度的波动情况可以反映焊接过程的稳定性, 当焊接过程不稳定时, 等离子体的电子温度也随之发生波动。

焊接参数在一定程度上决定着焊缝的形貌及力学性能。采用激光-电弧复合焊接方法对高氮钢进行了焊接, 研究了不同焊接参数对焊缝形貌及力学性能的影响。研究结果表明：焊缝熔深随激光功率和焊接电流的增加而增大, 随焊接速度的增大而减小; 焊缝熔宽随激光功率的增大先减小后增大, 随焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反, 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 焊缝熔宽达到最大, 其值为11.8 mm。同时对不同参数下的焊接接头进行拉伸和冲击试验, 结果发现：焊缝拉伸强度随激光功率和焊接速度的增大先增大后减小, 随焊接电流的增大而减小; 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 平均拉伸强度最大, 为875 MPa; 焊缝冲击功随激光功率和焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反; 当焊接电流I＝270 A时, 焊缝平均冲击功最大, 为49 J; 通过扫描电镜对其拉伸、冲击断口进行观察, 发现其断裂形式以韧性断裂为主。

采用SC7750LW型红外热像仪采集了激光-电弧复合焊接高氮奥氏体不锈钢的熔池表面温度, 通过Matlab数学软件建立了基于红外热像图的三维温度分布转换程序。研究了不同热输入条件下焊缝凝固速度与焊缝凝固模式的关系, 并预测焊缝形成气孔倾向。研究了焊缝温度场与焊缝熔宽之间的相关性, 获得了焊缝熔宽值与红外热图的关系, 其熔宽计算值与实际值比较吻合。

对金属零件激光成形过程闭环控制系统中, 熔覆宽度的检测技术进行了研究, 提出了一种基于卡尔曼滤波技术的熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像, 经过图像处理与图像标定求熔覆宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程, 应用卡尔曼滤波算法对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计, 得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值, 从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差, 测量平均误差由0.028 mm降为0.009 3 mm,实现加工过程熔覆宽度的精确检测。实验结果证明: 将卡尔曼滤波技术应用到熔覆宽度检测过程中可以大大提高熔宽检测精度。

用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36分别进行了平板单道焊接试验和对焊试验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。检测了0.85 mm厚的殷钢薄板对焊接头的硬度、成分以及拉伸强度。结果表明:激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区面积的主要因素;扫描速度对焊缝表面的鱼鳞状条纹间距影响尤为明显;离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性;合理匹配工艺参数能够实现0.85 mm厚度薄板的对焊,并且获得形貌良好的焊缝。焊缝的组织成分没有发生明显变化,拉伸强度和基体强度相当,显微硬度略低于基体硬度。

在有坡口间隙对接焊时，焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标。因此研究了CO2激光惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接3 mm厚不锈钢板时激光功率、电弧电流、激光-电弧距离、焊接速度、坡口间隙等工艺参数对根部熔宽的影响，并通过CCD摄像机对焊接过程中的等离子体进行了观察。研究表明，随着焊接参数的变化，CO2激光-MIG复合焊存在四种熔透状态，对某一间隙范围，选择合适的激光功率、电弧电流、激光电弧距离与焊接速度可以获得“适度熔透”的良好根部成形。激光功率、电弧电流过小，速度过大则会产生“未熔透”或“不稳定熔透”，反之则“过熔透”。间隙较大时，激光功率对熔透的影响较小。另外还研究了不同激光电弧距离对等离子体形态及其对熔透的影响。