采用一维振荡激光对3 mm厚5A06铝合金锁底接头进行焊接, 分析振荡幅度、振荡频率、焊接速度以及离焦量对焊缝气孔率的影响。结果表明, 随着振荡幅度和离焦量的增大, 气孔率明显降低; 随着振荡频率的增大, 气孔率先降低后升高, 最佳振荡频率区间为150~250 Hz; 随着焊接速度增大, 气孔率先升高后降低; 气孔率与深宽比大致成指数式增长关系, 深宽比小于1.5时, 可将气孔率控制在5%以内。在此基础上, 得到优化工艺参数, 焊接产品模拟件, 焊缝气孔率满足相关标准Ⅰ级要求。

激光深熔焊过程中等离子体羽流的热力学行为与焊接过程稳定性及焊接质量息息相关。利用激光焊接等离子体光电信息同步检测系统测量了等离子体羽流热力学基本参数，并分析了其统计分布规律。结果表明：等离子体喷发速度主要分布在6~70 m/s范围内；随着焊接热输入增加，概率最大的等离子体喷发速度减小，而喷发速度分布范围变化不明显；在等离子体喷发过程中，随着等离子体羽流上升，其温度不断下降，等离子体羽流温度的下降程度随着焊接热输入的增加呈现为减小的趋势；在喷发后期，两探针电信号开始回升的前后顺序与喷发后期等离子体喷发的剧烈程度紧密相关。

激光焊接的熔融深度即匙孔深度能够表征焊缝的结合强度，反映焊接质量。光学相干层析成像技术（OCT）能够在焊接过程中无损测量匙孔深度。但是OCT探测光束在匙孔内的多重反射会导致测量结果不能准确反映待测深度。针对该问题，采用基于偏振OCT的匙孔深度测量方法，消除多重反射光的影响，提高测量的准确性。将圆偏振光入射至待测匙孔得到OCT信号，计算出带有匙孔深度信息的附加相位差图像，利用附加相位差对信号进行筛选，去除多重反射导致的错误深度，得到待测匙孔的真实深度。使用所提方法对铝制匙孔样品进行测量，得到的匙孔深度测量误差为1.6%，而常用的百分位滤波方法的测量误差为23%。实验结果证明了所提方法的有效性。

针对熔深间接测量方法测量精度低的问题，基于光学相干层析（OCT）的激光焊接熔深监测方法通过直接测量熔池小孔深度，实现在线质量监测。该方法基于低相干干涉精密测距原理，将测量光束与焊接光束同轴，具有测量精度高、抗干扰能力强的优点。搭建了基于谱域OCT（SD-OCT）的激光焊接熔深测量系统，在深熔焊条件下测量了熔池小孔深度，并应用百分位滤波算法从测量数据中提取出熔深曲线。针对百分位滤波算法的熔深提取精度受限于OCT测量数据噪声点和该算法需要根据焊接工况来调整滤波参数等问题，提出了一种基于局部离群因子（LOF）和最大值滤波的OCT熔深提取方法，通过与焊缝纵切面的熔深曲线对比发现，熔深提取精度最大提升了32%。实验结果表明，所提方法可有效提高熔深提取精度，且不需要调整算法滤波参数，适用性更强。

研究了激光功率正弦调制对AZ31镁合金焊缝熔深和工艺气孔的影响。保持激光功率恒定在1500 W，将焊接速度从3.0 m/min逐步增加到4.0 m/min，观察了匙孔周期性开闭行为，分析了不同反射次数对高反射材料匙孔能量分布的影响规律。在不同焊接速度下采用激光功率正弦调制，调制幅度为500 W，调制频率从50 Hz逐步增加至200 Hz，统计了焊缝熔深和工艺气孔率的变化趋势。试验结果表明：对于高反射材料，激光功率调制效果与匙孔内光束反射次数有关，反射次数较多的匙孔具有较大深宽比，匙孔底部累积能量高，深度变化滞后于激光功率变化，激光功率调制有助于增加熔深。激光功率正弦调制不利于镁合金匙孔稳定，50 Hz低频调制显著增加工艺气孔，调制频率为150 Hz时激光功率正弦调制对匙孔稳定性的影响较小。

Tungsten (W) and stainless steel (SS) are well known for the high melting point and good corrosion resistance respectively. Bimetallic W-SS structures would offer potential applications in extreme environments. In this study, a SS→W→SS sandwich structure is fabricated via a special laser powder bed fusion (LPBF) method based on an ultrasonic-assisted powder deposition mechanism. Material characterization of the SS→W interface and W→SS interface was conducted, including microstructure, element distribution, phase distribution, and nano-hardness. A coupled modelling method, combining computational fluid dynamics modelling with discrete element method, simulated the melt pool dynamics and solidification at the material interfaces. The study shows that the interface bonding of SS→W (SS printed on W) is the combined effect of solid-state diffusion with different elemental diffusion rates and grain boundary diffusion. The keyhole mode of the melt pool at the W→SS (W printed on SS) interface makes the pre-printed SS layers repeatedly remelted, causing the liquid W to flow into the sub-surface of the pre-printed SS through the keyhole cavities realizing the bonding of the W→SS interface. The above interfacial bonding behaviours are significantly different from the previously reported bonding mechanism based on the melt pool convection during multiple material LPBF. The abnormal material interfacial bonding behaviours are reported for the first time.

飞溅是激光深熔焊接中最严重的缺陷之一。本文通过熔池原位光学观察和板材质量亏损计算,研究了高功率光纤激光深熔焊接过程中的飞溅行为以及离焦量对飞溅的影响。结果表明:飞溅的形成可分为三步,熔池凸起→凸起部位拉长形成液体柱→液体柱克服表面张力断裂形成飞溅;飞溅的直径主要分布在>50~100 μm之间;随着离焦量增加,飞溅数量、板材质量亏损和熔宽均逐渐增加,熔深则逐渐减小。进一步分析结果表明:飞溅的喷发与小孔前壁倾斜角、小孔前壁激光致蒸发蒸气的冲击力、熔池表面张力有关;增加离焦量会减小前壁的倾斜角和熔池表面张力,同时增加前壁的激光致蒸发蒸气对小孔后壁上沿的冲击效果,使飞溅更易于产生。

采用高功率光纤激光对铜铪合金和低碳钢进行焊接,基于熔池快速凝固保留小孔法对比研究了小孔的形貌特征。结果表明:两种材料中均可保留小孔,孔口直径明显比光斑直径大;在铜铪合金中,孔口形貌呈现为大小圆环相交的“葫芦”状,位于焊接前方的小圆环直径与光斑直径相当,大圆环的直径在毫米量级;在低碳钢中可保留小孔的激光出光时间极短,其熔池凝固时间较长,且仅保留了小孔的大圆环区域。进一步的分析表明,焊接过程中的孔口形貌可分为激光直接作用区(直径与光斑直径相当)和蒸气压力维持区(直径在毫米量级);在数值模拟中构建激光焊接热源模型时应参考小孔的形貌特征。