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。

采用选区激光熔化（SLM）技术制备高氮钢构件，研究了激光体积能量密度对氮含量、致密度、物相组成、拉伸性能的影响，探索了高氮钢强韧化机制。研究表明：在体积能量密度从190.5 J·mm^-3增大到285.7 J·mm^-3的过程中，增材件致密度与拉伸性能呈先升高后降低的变化趋势。当激光扫描功率为200 W、扫描速度为400 mm/s、体积能量密度为238.1 J·mm^-3时，试样的氮含量（质量分数）为0.76%，致密度为99.8%，抗拉强度为1275.0 MPa，延伸率为14.7%，力学性能最佳。合适的激光能量密度有助于提高材料的致密度，增加氮在材料中的溶解度，过饱和的氮在奥氏体晶格中起到固溶强化的作用，进而提升增材构件的抗拉强度及延伸率。变形过程中的形变诱导铁素体相变（DIFT）效应使部分奥氏体向铁素体转变，对材料的强度及韧性均有提升作用。

为了研究和掌握高氮钢复合焊接接头的微观组织和力学性能, 以8mm厚的高氮钢板为试验材料, 采用额定功率为4kW的Nd∶YAG固体激光器对其进行了激光-电弧复合焊接, 利用金相显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头的微观组织和断口形貌进行拍照和分析, 并利用能谱分析仪和X射线衍射仪, 从微区成分元素的种类、含量及物相组成方面进一步分析母材、热影响区、焊缝区的微观组织。结果表明, 焊缝区的组织为典型的树枝晶和少量的等轴晶形貌, 母材、热影响区都是奥氏体组织, 焊缝区除了奥氏体组织外还伴有少量的δ铁素体组织; 焊缝中的第二相粒子主要是通过冶金反应产生, 以TiO2、尖晶石(MnAl2O4)以及硅酸盐等形式存在, 对晶粒有明显的细化作用, 可增加焊缝强度; 拉伸断裂出现在焊缝区, 断口组织形貌为典型的韧窝断裂, 并在断裂处可发现有空洞和第二相粒子的形貌特征, 说明焊缝缺陷可能导致力学性能薄弱。此研究为激光-电弧复合焊接在高氮钢焊接领域的应用奠定了一定基础。

为了研究在不同热输入下高氮钢焊接接头各区微观组织和硬度分布, 采用了Nd∶YAG-MAG电弧复合焊接方法焊接高氮奥氏体不锈钢, 进行了理论分析和试验验证, 取得了不同热输入下焊接接头各区形貌、微观组织和显微硬度数据。结果表明, 高氮钢复合焊接接头截面形貌呈“高脚杯”状, 上部为电弧作用区, 下部为激光作用区; 焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成, 随着热输入的增加, 铁素体含量增多, 铁素体树枝晶主干增长、增粗, 有二次支晶分布在树枝晶主干两侧;焊接接头硬度分布不均匀, 母材硬度最高, 其值在330HV~370HV之间, 焊缝区硬度在260HV~300HV之间; 随着热输入的增加, 焊接接头硬度降低; 焊接接头没有出现软化区。这一结果对高氮钢复合焊接在不同热输入参量下获得良好焊缝提供了理论基础。

以15 mm的板厚为研究对象, 采用高氮奥氏体钢进行激光焊接, 研究气孔和裂纹对高氮钢激光焊接力学性能的影响。结果表明：在试件自然气孔率和人工气孔率分别为10.5%、12.5%时, 焊缝发生断裂; 在试件自然气孔率和人工气孔率分别为5.5%、3.5%时, 母材发生断裂。在自然气孔率为5.1%时, 气孔开始影响断裂载荷。随着自然气孔率的增加, 试件断裂载荷逐渐下降。试件伸长率随着气孔率的增加明显下降, 气孔对试件塑性的影响较大。高氮钢母材硬度为364 HV, 焊缝硬度为298 HV时, 相对于母材平均硬度下降了66 HV, 降幅达18.1%。焊接接头和母材为韧性断裂。焊缝塑性变形量要小于母材, 拉伸试验主要为正拉应力, 通过合理的焊接工艺可提高材料的强度及塑性。

以8 mm厚的高氮钢板为试验材料, 采用额定功率为4 kW的 Nd:YAG固体激光器对其进行了激光-电弧复合焊接, 研究了不同电弧能量对焊接接头性能的影响。研究表明, 随着电弧能量的增加, 焊接表面质量有所提高; 焊缝的熔深及熔宽随电弧能量的增加而增大, 且熔深较熔宽增加更明显, 热影响区范围随电弧能量增加而增大; 随着电弧能量的增加, 熔池熔滴过渡由滴状过渡转变为射流为主、射滴为辅的过渡形式; 焊接接头的硬度值随着电弧能量的增加呈整体下降趋势, 且造成硬度下降的原因是焊接接头的氮含量随热输入的增加而降低。

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。

以8.0 mm厚的高氮钢板为试验材料, 采用Nd: YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal Active Gas, MAG)电弧复合焊接方法, 研究了单一成分活性剂(TiO2, B2O3, Cr2O3)对高氮钢激光-电弧复合焊焊缝组织和性能的影响。研究表明, 活性剂能增加焊缝组织的δ-铁素体数量、使晶粒细化、减小奥氏体的晶枝, 对焊缝组织有改善作用。添加活性剂Cr2O3的焊缝组织变化显著, 出现异金属夹杂现象; 活性剂TiO2、B2O3和Cr2O3都能使焊缝区硬度有所提高, 使熔合区硬度有所降低, 其中活性剂B2O3作用下的焊缝熔合区的硬度最小。加活性剂的复合焊焊接接头抗拉强度均比无活性剂复合焊焊接接头的抗拉强度低, 抗拉强度的大小顺序为无活性剂＞活性剂B2O3＞活性剂Cr2O3＞活性剂TiO2, 拉伸断口均为韧窝断口形貌。

以8.0 mm厚的高氮钢板为试验材料，采用Nd: YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal Active Gas，MAG)电弧复合焊接方法，研究了单一成分活性剂(TiO2，B2O3，Cr2O3)对复合焊焊缝缺陷的影响。研究表明，在相同的工艺参数下，与无活性剂焊缝相比，活性剂TiO2，B2O3，Cr2O3均能使焊缝形貌得到改善；活性剂TiO2和Cr2O3能增加焊缝熔宽、余高，减小咬边深度，但活性剂B2O3使焊缝熔宽和余高减小，咬边深度增加。无活性剂和有活性剂的高氮钢激光-电弧复合焊焊缝熔合区的气孔数均比焊缝区的气孔数多；而活性剂的加入，增加了焊缝熔合区和焊缝区的气孔数。